Еремина Т.В., Гусева Н.И. и др. Руководство к выполнению лабораторных работ по курсу Безопасность жизнедеятельности

Подождите немного. Документ загружается.

121 122

отличается от эффективности при замыкании на землю двух

фаз электрической сети.

1. При замыкании одной фазы на землю и равенстве ак-

тивных и емкостных сопротивлений фаз относительно земли

(рис.1) ток замыкания на землю определяется по формуле:

, (1)

где – U

фазное напряжение:

И3

-полное сопротивление фазы относительно земли.

Рис.1 Сеть с изолированной нейтралью.

Однофазное замыкание на землю

Напряжение прикосновения на теле человека, прикос-

нувшегося к металлическому корпусу электроприемника,

оказавшемуся под напряжением при пробое изоляции и за-

мыкании на корпус, определяется по формуле:

ПР

·α

, (2)

где U

– напряжение замыкания на землю, т.е. падение на-

пряжения на заземлении;

,α

- коэффициенты прикосновения.

Из формулы (2) видно, что эффективность защитного

заземления (напряжение прикосновения) определяется ве-

личиной:

·R

или (3)

U =

Из формулы (3) видно, что U

, определяющее эффек-

тивность защитного заземления, зависит от Z

И3

, 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 опре-

деляется по формуле:

= , (4)

где U

= 3U

– линейное напряжение, В;

- сумма сопротивлений заземлений фаз, Ом.

Рис.2 Сеть с изолированной нейтралью.

Двухфазное замыкание на землю

C C

123 124

Из формулы (4) видно, что напряжение прикоснове-

ния, определяющее эффективность защитного заземления

при одновременном замыкании двух фаз на землю, от со-

противления фаз относительно земли не зависит, а опреде-

ляется линейным напряжением.

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

мыкания на землю определяется по формуле:

, (5)

где U

– фазное напряжение;

-сопротивление заземления нейтрали;

-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 одновре-

менного замыкания двух фаз на землю. Напряжение прикос-

новения при этом определяется по формуле:

213

ПР

(6)

или

213

2133

RIU

ПР

αα

(7)

Из формулы (7) видно, что напряжение прикосновения

всегда меньше фазного напряжения U

и что эффектив-

ность защитного заземления зависит от отношения:

Порядок выполнения работы

Исследование эффективности защитного заземления

производится на стенде ОТ-10. Принципиальная схема при-

ведена на рисунке 4.

Изучить содержание работы.

Изучить расположение органов управления на стенде.

Рис. 4. Схема электрической установки ОТ-10

125 126

Сеть с изолированной нейтралью.

Однофазное замыкание на землю

3. Привести стенд в исходное положение:

измерения при незаземленном корпусе1.

3.1. Тумблеры В2, В3, В5, В7 выключить, В8 и В9

включить.

3.2. Переключатели В4, В6 поставить в положение

«откл.»

4. Для измерения напряжения на корп. 1 и измерения

напряжения фаз относительно земли ручками R

, R

и С

, С

поставить сопротивления изоляции и емко-

сти проводов относительно земли в соответствии с номером

варианта задания (табл.1)

4.1. Для замера тока, протекающего в цепи пробитого

на землю корпуса (корп. 1), включить амперметр в гнезда Гн

7, Гн 8 (с пределом 0,2 А).

4.2. Для замера напряжения фаз и корпуса (корп.1) от-

носительно земли включить вольтметр в гнезда Гн 9, Гн 10

(с пределом 150 В).

4.3. Переключатель В4 поставить в положение С.

4.4. Произвести измерение при незаземленных корпу-

сах (корп. 1 и корп. 2), следовательно, тумблеры В5 и В7

должны быть отключены.

5. Собранную схему показать преподавателю, и с его

разрешения подать питание, включить В1.

5.1. Произвести замыкание на корпус, нажав на кнопку

Кн1, записать показания приборов в протокол 1 (для измере-

ния тока В5, В7 включить, для измерения напряжения В5,

В7 выключить).

5.2. Переставить В4 в положение В, нажать на кнопку

Кн1, записать показания приборов в протокол 1.

5.3.Переставить В4 в положение А, нажать на кнопку

Кн1, записать показания приборов в протокол 1.

6. Измерения при исследовании заземленного корпуса

проводить аналогичным путем, т.е. также как и незаземе-

ленного.

6.1. Предварительно включить тумблер В5, т.е. соеди-

нить корпус с заземлением.

6.2. Для замера напряжения фаз относительно земли

включить вольтметр с пределом измерений 150 В в гнезда

Гн3, Гн10 для фазы А, Гн4, Гн10 для фазы В и Гн5, Гн10

для фазы С, показания вольтметра записать в протокол 1.

6.3. Для замера напряжения на корпусе включить в

гнезда: Гн3 и Гн9 для фазы А, Гн4 и Гн9 для фазы В, Гн5 и

Гн9 для фазы С вольтметр с пределом измерения 150 В.

6.4. Повторить действия изложенные в 4.3, 5.1, 5.2, 5.3.

Показания приборов внести в протокол 1.

Сеть с изолированной нейтралью.

Двухфазное замыкание на землю

7. Исследование эффективности защитного заземления

в сети с изолированной нейтралью при одновременном за-

землении на землю двух фаз.

В ранее собранную схему внести следующие измене-

ния:

7.1. Для измерения величины тока в цепи корпусов

включить амперметры в гнезда Гн7, Гн8 и Гн15, Гн16 (с

пределом 0,2 А).

7.2. Для измерения напряжения на корпусе (корп. 1)

относительно земли включить вольтметр в гнезда Гн3, Гн4

или Гн5 в зависимости от заданной фазы А, В или С и Гн10

(с пределом 150 В).

7.3. Для измерения напряжения на корпусе (корп. 2)

относительно земли включить вольтметр в гнезда Гн11,

Гн12 или Гн13 в зависимости от заданной фазы А, В или С

и Гн18 (с пределом 150 В).

127 128

7.4. Переключатели В4 и В6 установить в разные фазы

в соответствии 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 поло-

жение «отключено».

8.3. Для замера напряжения фаз относительно земли

включать вольтметр с пределом 150 В в Гн3, Гн10 для фазы

А и Гн12, Гн18 для фазы В, включать поочередно, показания

вольтметров записать с табл.4.

8.4. Переключатель В4 поставить в положение А, а пе-

реключатель 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), на-

пряжение нейтрали относительно земли и ток в цепи зазем-

ления, показания приборов записать в протокол 3.

8.8. Переключатель В6 поставить в положение В, на-

жать на кнопки Кн1 и Кн2, т.е. корпуса Корп.1 и Корп.2

замкнуть на разные фазы и записать показания в протокол

Меры безопасности при выполнении работы

1. Все работы на стенде проводить с разрешения пре-

подавателя. Стенд самостоятельно не вскрывать.

2. Присоединение и отсоединение измерительных

приборов, а также изменения в схеме, требующие пересо-

единения проводников должны производиться при отклю-

ченной схеме. Схема отключается выключателем В1.

3. Для обеспечения безопасной работы со стендом не-

обходимо 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 нейтра-

лью при замыкании одной фазы на землю и при замыкании

одновременно двух фаз на землю.

Таблица 1

Индивидуальные задания

№ п/п R

A,B,C,H

к.з. фазы № п/п R

A,B,C,H

к.з. фазы

1 1 5 А 12 6 1 А

2 2 6 В 13 7 2 С

3 3 7 С 14 8 3 В

4 4 8 В 15 9 4 А

5 5 9 А 16 10 5 В

129 130

Продолжение табл. 1

6 6 10 С 17 11 6 С

7 7 11 А 18 5 7 А

8 8 1 В 19 4 8 С

9 9 2 С 20 3 9 А

10 10 3 В 21 2 10 В

11 11 4 С 22 1 11 С

Примечание. Активные сопротивления R

A,B,C,H

изменяются в пре-

делах от 10 кОм до 110кОм, при этом первая позиция переключателей

составляет 10 кОм. Емкости C

A,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

Напряжение

фаз

Напряжение

на корпусе

Велич. тока

в цепи корп.

Состояние

заземления

корпуса

Сопротив

ление

изоляци

кОм

Емкость

фаз

=С

,мкФ

Незаземлен

Заземлен

Протокол 2

Результаты измерений в электрической сети с изолированной

нейтралью при замыкании на землю одновременно двух фаз

Напряжение на корпусе

относительно земли

Напряжение на корпусе

относительно земли

Величина тока в цепи

корпусов I

, А

Корп.1 U

К1

, В Корп.2 U

К2

, В

Протокол 3

Результаты измерений в электрической сети

с заземленной нейтралью

Напряжение на корпусах

относительно земли

Напряжение фаз

относительно земли

Величина

тока I

, A

К1

, B U

К2

, B U

, B

Напряжени

нейтрали

относитель-

но земли

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 сопро-

вождающееся образованием сжатых газов.

Температурой вспышки называется самая низкая темпе-

ратура горючего вещества, при которой над поверхностью

его образуются пары и газы, способные вспыхивать в воз-

духе от источника зажигания, но скорость их образования

еще не достаточна для последующего горения.

131 132

Воспламенение – возгорание, сопровождающееся появ-

лением пламени.

Температура воспламенения – самая низкая температура

вещества, при которой происходит резкое увеличение ско-

рости экзотермических реакций, заканчивающееся возник-

новением пламенного горения.

Температура вспышки всегда меньше температуры вос-

пламенения данной жидкости, поэтому пожарная опасность

жидкости характеризуется температурой вспышки. Чем ни-

же температура вспышки паров, тем эта жидкость более по-

жароопасная.

В зависимости от температуры вспышки паров жидкости

делятся на легковоспламеняющиеся (ЛВЖ) с температурой

вспышки до 61ºС и горючие (ГЖ) с температурой вспышки

выше 61ºС.

В соответствии с правилами устройства электроустано-

вок (ПУЭ) пары ЛВЖ относятся к взрывоопасным.

Каждая пожароопасная жидкость в зависимости от тем-

пературы вспышки ее паров должна храниться и эксплуати-

роваться в специальных условиях.

По температуре вспышки паров жидкости определяют

степень пожарной опасности производств. Классификацию

производств по пожарной опасности осуществляют в соот-

ветствии со СниП 11-М.2-72.

Для жидкостей с определенным химическим составом

приближенную величину температуры вспышки можно по-

лучить из уравнения:

всп.

= t

+ 18 К (1)

где t

всп.

– температура вспышки паров жидкости, ºС;

- начальная точка кипения жидкости, ºС;

К – число опасности вещества (если К>0, пары воспла-

меняются, при К<0 воспламенение отсутствует).

Температура вспышки для жидкостей с неопределенным

химическим составом может быть определена по прибли-

женной формуле:

= 0,736 T

К,

(2)

где Т

- температура вспышки, ºК;

- температура кипения, ºК.

Пример: t

бензола 80.1 ºC, для других веществ см.

табл.2. Т

= 273+80,1=353,1 ºК; Т

= 0,736*353,1=260 ºК или

всп.

=260-273=-13 ºC (по справочнику –14 ºC),

где t

всп.

– истинная температура вспышки.

Истинная температура (ºC) вспышки исследуемой жид-

кости:

всп.

= t + ∆t, (3)

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

и от 20 до 300 ºС.

3. Барометр.

133 134

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 нагрева-

тельную ванну. Вставить и закрепить термометр.

4. Включить электронагреватель, по мере нагрева жид-

кости периодически перемешивать ее мешалкой, и при тем-

пературе жидкости на 20…30 ºС ниже предполагаемой тем-

пературы вспышки (табл. 4) прибор отключить. При темпе-

ратуре на ниже температуры вспышки проводить испыта-

ние на вспыхивание при непрерывном перемешивании ме-

шалкой.

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 крыш-

ки разрешается оставлять открытым не более 1с. За темпе-

ратуру 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 температу-

ры вспышки и эксперимент повторить.

7. Температура вспышки испытуемого нефтепродукта

определяется по формуле:

ВСП

∆+

(4)

где t

– температура вспышки жидкости при первом опыте,

С;

– температура вспышки жидкости при втором опыте,

С.

Результаты исследований внести в табл. 5.

Меры безопасности при выполнении

лабораторной работы

Не разрешается нагревать горючие жидкости до тем-

пературы самовоспламенения.

В случае воспламенения горючей жидкости (при

возникновении пожара) необходимо:

135 136

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, взрыво-

пожарной и пожарной опасности на следующие категории:

Взрывопожароопасные

А. Горючие газы, нижний концентрационный предел вос-

пламенения которых 10% и менее; жидкости с темпе-

ратурой вспышки паров до 28 ºС, образующие взрыво-

опасные смеси; горючие вещества способные взры-

ваться и гореть при взаимодействии с водой, кислоро-

дом воздуха и друг с другом.

Б. Горючие газы, нижний предел воспламенения кото-

рых, более 10%; жидкости с температурой вспышки

паров от 28 до 61ºС; жидкости, нагретые в условиях

производства до температуры вспышки и выше; горю-

чие пыли или волокна, нижний предел воспламенения

которых и 65 г/м

и менее.

Пожароопасные

В. Жидкости с температурой вспышки паров выше 61ºС;

горючие пыли или волокна, нижний предел воспламе-

нения которых более 65 г/м

; вещества , способные го-

реть только при взаимодействии с водой, кислородом

или друг с другом; твердые сгораемые вещества и ма-

териалы.

Г. Несгораемые вещества и материалы в горячем, раска-

ленном или расплавленном состоянии, процесс обра-

ботки которых сопровождается выделением лучистого

тепла; искр и пламени; твердые жидкие и газообраз-

ные вещества, которые сжигаются или употребляются

в качестве топлива.

Д. Несгораемые вещества и материалы в холодном со-

стоянии.

Таблица 2

Температура кипения жидкости

№ п/п Наименование жидкости t

, ºС

1 Уайт-спирт 142

2 Уксусная кислота 150

3 Дизельное топливо 152

4 Керосин 152

5 Этиленгликоль 250

6 Масло трансформаторное 315

Таблица 3

Поправки в ºС в зависимости от барометрического давления

Барометрическое давление, мм рт. ст.

∆t, ºС

710 – 719 +4

720 – 729 +3

730 – 739 +2

740 – 749 +1

750 – 759 0

760 – 760 -1

Таблица 4

Температура вспышки жидкости

(ГОСТ 12.1.004-76)

№ п/п Наименование жидкости T

всп.

, ºС

1 Уайт-спирт 38

2 Уксусная кислота 38

3 Дизельное топливо 40

4 Керосин 40

5 Этиленгликоль 112

6 Масло трансформаторное 150

7 Вазелин технический 150

8 Масло МГ16П 198

137 138

Таблица 5

Результаты эксперимента

Наименование жидкости 1

Барометрическое давление мм рт. ст. 2

Температурная поправка ºС 3

Расчетное значение температуры вспышки, ºС 4

Температура вспышки, ºС 5

Категория жидкости по степени пожарной опасности 6

Категория производства по пожарной опасности 7

Лабораторная работа 12

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ТУШЕНИЯ

ПЛАМЕНИ В ЗАЗОРЕ

Цель работы

Исследовать процесс тушения пламени в зазоре элек-

трооборудования во взрывонепроницаемом исполнении.

Основные положения

Согласно правилам устройства электроустановок (ПУЗ)

взрывоопасной зоной называется помещение или ограни-

ченное пространство в помещении, в котором имеются или

могут образовываться взрывоопасные смеси, т.е. смесь воз-

духа с горючими газами, парами легковоспламеняющихся

жидкостей (ЛВЖ), горючими пылями или волокнами. К

ЛВЖ относятся жидкости, температура вспышки паров ко-

торых не выше 61ºС.

С целью предотвращения появления источников вос-

пламенения во взрывоопасных зонах применяют специаль-

ные виды электрооборудования, т.е. такие, которые не могут

служить причиной возникновения взрывов.

Все виды электрооборудования согласно ПУЭ подраз-

деляются на электрооборудование взрывозащищенного и

нормального исполнения.

Во взрывоопасных зонах разрешается применять толь-

ко взрывозащищенное электрооборудование. Взрывозащи-

щенное электрооборудование подразделяют по категориям,

группам и температурным классам (табл. 1.2). Одним из ви-

дов взрывозащиты электрооборудования и защиты от рас-

пространения пламени по производственным коммуника-

циям являются огнепреградители. Принцип действия одних

из них основан на гашении пламени в узких каналах. Такой

же принцип работы у щелевой защиты взрывонепроницае-

мого электрооборудования, когда оборудование имеет обо-

лочку или корпус с определенными фланцевыми зазорами

между поверхностями прилегания.

Газы, образовавшиеся в результате взрыва внутри обо-

лочки, выходя под давлением взрыва в узкую щель, расши-

ряются, при этом теплоотдача в окружающую среду

превышает тепловыделение, чем предупреждается воспла-

менение горючей смеси пламенем, выбрасываемым через

фланцевые зазоры. Величина зазора должна быть не мень-

ше тушащего для данной смеси паров и газов и зависит

только от свойств этой горючей смеси и не зависит от мате-

риала, 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 называ-

ется безопасным экспериментальным зазором (БЭМЗ).

По величине БЭМЗ взрывоопасные смеси газов и па-

ров подразделяются на категории (табл. 1)

По теории пределов распространения пламени Зельдо-

вича Я.Б. следует, что гашение пламени в узких каналах

достигается при условии:

139 140

const

КРН

КР

(1)

где Ре

КР

- критическое значение числа Пекле;

- нормальная скорость распространения пламени,

м/с.

КР

- критический диаметр тушащего канала, м;

а - коэффициент температуропроводности исходной

смеси, м/с

Эквивалентный критический размер кольцевой цели

определяется из соотношения:

)(

КР

туш

РеДД ⋅−−

, м, (2)

где Д - средний диаметр конического отверстия между ис-

следуемыми камерами.

Д = 25*10

-3

,м.

Исследования показывают, что для многих горючих

веществ Ре

КР

= 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. Стехиометри-

ческой называется горючая смесь, которая не содержит в из-

бытке ни горючих компонент ни окислитель и определяется

по формуле:

NOr

ттт

Сс

= , %, (3)

где m

– стехиометрические коэффициенты горюче-

го, 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, рассчи-

тывается по формуле:

VnMCc

⋅

, мл, (4)

где М – молекулярная масса;

Vn- объем каждой полости, л (в нашем случае – 1л);

- 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) за-

лить 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 пол-

ного испарения залитой жидкости внутри полости необхо-

димо выждать 1-2 мин.