Задание №1
В производственном помещении Рис. 1.1 установлены открытаяустановка мойки и обезжиривания изделий, в которые налит растворитель №646.Технологический процесс по обезжириванию деталей протекает по непрерывномуциклу. Определить класс и размер взрывоопасной зоны внутри и вне помещения.
Исходные данные:
– технологическое оборудование располагается в точках №1, 4,7, 13; в технологическом процессе применяется – растворитель №646; максимальныйобъем взрывоопасной смеси – 200м3;
/>
Рис. 1.1 Схема размещения технологического оборудования в цехе
Характеристики производственного помещения:
– длина L = 35 м;
– высота Н =4 м;
– ширина S = 21 м;
– объем размещенного оборудования 1700 м3.
Решение:
Определение класса зоны
Основное вещество, применяемое в технологическом процессе – растворитель№646. Растворитель №646 – это легковоспламеняющаяся жидкость (в дальнейшемЛВЖ). Пары растворителя №646 с воздухом образуют взрывоопасную смесь(взрывоопасная смесь – смесь с воздухом горючих газов, паров ЛВЖ, горючих пылейили волокон с НКПРП
Расчет размера взрывоопасной зоны
При определении размера взрывоопасной зоны принимается, что (п. 7.3.39,[2]):
– взрывоопасная зона в помещении занимает весь объем помещения,если объем ВЗОС превышает 5% свободного объёма помещения;
– если объем ВЗОС равен или менее 5% свободного объема помещения,то взрывоопасная зона в помещении считается в пределах до 5 м по вертикалии горизонтали от технологического аппарата.
Для определения размера взрывоопасной зоны:
а) находим объем помещения:
VПОМ = S · L · h = 21 · 35 ·4 = 2940 м3;
– где VПОМ – объем помещения, м3;
S – ширина помещения, м;
L – длина помещения, м;
h – высота помещения, м.
б) находим свободный объем помещения:
VПОМ.СВОБ. = VПОМ – VОБОР. = 2940–1700 = 1240 м3,
где VПОМ.СВОБ. – свободный объем помещения, м3;
VОБОР – объем размещенного оборудования, м3.
в) находим отношение объема ВЗОС к свободному объему помещения:
К = (VВЗОС / VПОМ.СВОБ.) · 100% = (200 /1240) ·100% =16,1%,
– где К – отношение свободного объема помещения к объему ВОС,%.
/>
Рис. 3.2 Схема размещения взрывоопасных зон
Вывод: Объем взрывоопасной смеси более 5% свободного объема помещения значит, взрывоопасная зона класса В-I занимает весь объем помещения (см. рис. 3.2), кроме того, в пределах 5 м по горизонтали и вертикали от проема двери, будет зона класса В-Iа и 0,5 м по горизонтали и вертикали от проемов за наружными ограждающими конструкциями помещения будет зона класс В-Iг.
Задание №2
Ответитьна следующий теоретический вопрос:
В чем состоитсущность пожарной опасности электроустановок? Перечислить возможные причинызагораний при эксплуатации электроустановок, дать их определение.
Припрохождении электрического тока через металлический проводник свободныеэлектроны сталкиваются с атомами, ионами или молекулами. При этом расходуетсяэнергия, которая превращается в тепло. Переход электрической энергии в тепловуюотражает закон Джоуля-Ленца, который формулируется так: количество теплотыQ(Дж), выделяемое током в проводнике, прямо пропорционально квадрату тока,сопротивлению проводника и времени его протекания:
Q=I2rt=U2 t/r=UIt
На нагреваниепроводников электрическим током основано устройство электрического освещения,электронагревательных приборов, электрических печей.
Электронагревпроводников не всегда оказывается полезным. Вследствие сильного нагрева можетсоздаться опасность возникновения пожара. Во избежание чрезмерного нагревапроводов, кабелей, обмоток электрических машин и аппаратов Правилами устройствэлектроустановок (ПУЭ) предусмотрены длительно допустимые токовые нагрузки наних.
Наиболеечастыми причинами пожаров, возникающих при эксплуатации электроустановокявляются: короткие замыкания в электропроводниках и электрическом оборудовании;воспламенение горючих материалов, находящихся в непосредственной близости отэлектроприемников, включенных на продолжительное время и оставленных безприсмотра; токовые перегрузки электропроводок и электрооборудования; большиепереходные сопротивления в местах контактных соединений; появление напряженияна строительных конструкциях и технологическом оборудовании, попаданиераскаленных частиц нити накаливания на легкогорючие материалы и др.
Короткое замыкание (КЗ). Коротким замыканием называется всякоенепредусмотренное нормальными условиями работы замыкание через малоесопротивление между фазами, или нескольких фаз на землю (или нулевой провод).Ток при этом резко возрастает, вызывая разогрев и даже расплавление проводников.
Перегрузка. Перегрузкой называется такое явление, когда попроводам и кабелям течет рабочий ток Iр больше длительнодопустимого Iд: Iр > Iд.
Искрение и электрическая дуга. Возникает в результатепрохождения тока через воздух. Искрение наблюдается при размыканииэлектрических цепей под нагрузкой, при пробое изоляции, между щетками иколлектором электродвигателей. Под действием электрического поля воздух междуконтактами ионизируется и при достаточной величине напряжения происходитразряд, сопровождается свечением воздуха и треском, а при достаточной мощностиискровой разряд может быть в виде электрической дуги.
Большое переходное сопротивление. Возникают в местахперехода тока с одного проводника на другой либо с проводника на какой-либоэлектрический аппарат, при наличии плохого контакта, например, в местахсоединений и оконцеваний проводов, в контактах машин и аппаратов. Пожарнаяопасность переходных сопротивлений усугубляется тем, что эти места трудно обнаружить,а защитные аппараты сетей и установок, даже правильно выбранные, не могутпредупредить возникновение пожаров, так как ток в цепи не возрастает, а нагревпроисходит только за счет повышения сопротивления. Особенно интенсивноеокисление происходит во влажной среде и с химически активными средами, а такжепри нагреве контактов выше 70–75 градусов.
Вихревые токи. Токи, которые индуктируются в массивных металлическихтелах при пересечении их магнитными силовыми линиями, называются вихревымитоками (токами Фуко). Вихревые токи могут быть очень большими и сильнонагревать сердечники машин и аппаратов, что может привести к разрушениюизоляции проводников и даже ее воспламенению. Устранить полностью вихревые токинельзя, но уменьшить можно и нужно.
Задание №3
Исходные данные:
/> Рис. 1
В разветвленной цепи переменного тока (рис. 3.7):
– R1= 8 Ом;
– R2=10 Ом;
– L = 90 мГн;
– С = 100 мкФ;
– P= 43Bт.
Определить следующие параметры электрической цепи однофазного переменноготока:
– определить напряжение в сети U;
– угол сдвига фаз между током и напряжениемφ;
– общий ток в неразветвленной части цепи I;
– коэффициент мощности всей цепи cosφ
– полную S, активную Р и реактивную Q мощности.
Построить в масштабе векторную диаграмму и определить характерцепи.
Решение:
Находим полное сопротивление цепи:
/>Ом;
где: />Ом;
/>Ом
Так как XLследовательно характерцепи активно – емкостный.
По закону Ома находим ток в цепи:
/>А
Из Формулы треугольника сопротивлений определяем:
/>
Рис. 3.5
/>
/>
Найдем величину угла сдвига фаз между напряжением и током j=агссоs(соsj) тогда, j=arccos 0,86= 31°
Определяем мощность цепи:
Полная мощность: S= U· I= 220 · 377 = 8294 ВА;
активная мощность: P= S· cosj= 8294 · 0,86 =7133 Вт;
реактивная мощность: Q= S· sinj= 8294 · 0,514 = 4263 вар.
Построение векторной диаграммы.
а) Выписываем, а при необходимости определяем значения токов инапряжений на сопротивлениях цепи.
В неразветвленной цепи ток одинаков для любого участка цепи:
I= 37,7 А.
Напряжение на активном сопротивлении:
U= I· R= 37,5 · 5=188,5 В.
Напряжение на индуктивном сопротивлении:
UL=I· XL=37,5 · 9 = 339,3 В.
Напряжение на емкости:
UC=I· XC=37,5 · 6 = 226,2 В.
б) Исходя из размеров бумаги, принимаем масштаб по току инапряжению.
Для рассматриваемого примера:
– масштаб по току: МI = 9А/см;
– масштаб по напряжению МU= 60 В/см.
Тогда длины векторов Lбудут:
длина вектора тока:
/>см
длины векторов напряжений:
/>см
/>см
/>см
в) Выполняем построение диаграммы в следующей последовательности:
– за начальный вектор принимаем вектор тока, поскольку токявляется одинаковой величиной для всех участков цепи. Проводим этот вектор произвольнона плоскости в масштабе (рис. 3.6);
– напряжение на активном сопротивлении совпадают по фазе стоком. Вектор этого напряжения UА откладываем в масштабевдоль вектора тока;
– напряжение на индуктивности опережает по фазе ток на угол j=90°. Поскольку положительное вращение векторов принято против часовойстрелки, вектор напряжения ULоткладывается вверхотносительно вектора тока, так как ток в данном случае отстающий;
– напряжение на емкости отстает по фазе от тока на угол j= -90°. Следовательно, вектор этого напряженияUС откладываем внизотносительно вектора тока, так как ток в данном случае опережающий:
– геометрическим сложением векторов напряжений на активномсопротивлении, индуктивности и емкости получим вектор приложенного напряжения:
U= UА. + UL+ UС
Угол между векторами тока и общего (приложенного) напряжения обозначаетсяj и называется углом сдвига фаз данной цепи.
Построение векторной диаграммы
/>
Рис. 3.6
Проверка:
следует проверить аналитическое решение и построение векторной диаграммы путем их сопоставления, следующим образом:
– проверка угла j производится с помощью транспортира и сравнения полученной величины угла в градусах с расчетным.
В данном случае по расчету j=31°, по диаграмме этот угол равен также 31°,
– проверка величины приложенного напряжения:
– по диаграмме длина этого вектора LU= 3,8 см, величина напряжения U= LU · МU = 3,8 · 60 = 220В, что соответствует условию задачи.
Ответ: Z=5,83 Ом; I=37,7А; S= 8294 ВА; Р= 7133 Вт; Q= 4263 вар; j=310.
Находим полные сопротивления ветвей:
/>Ом,
где: />Ом;
/>Ом
Находим коэффициенты мощности ветвей:
/>; />.
Находим величину угла φ = arccos0,6 = 53°. Так как во второй ветвивключено только емкостное сопротивление ХС, то: cosφ2 = 0; sinφ2 = -1; φ2= -90°.
Находим токи в ветвях по закону Ома для участка цепи:
/>; />
Для определения тока в неразветвленной части цепи надо найти активныеи реактивные составляющие токов по ветвям:
– активная составляющая токов первой ветви:
IА1= I1· cosφ1= 22 · 0,4 = 13,2 А;
- реактивнаясоставляющая токов первой ветви:
IР1= I1· sinφ1 = 22· 0,8 =17,6 А;
– активная составляющая токов второй ветви:
IА2= 0;
– реактивная составляющая токов второй ветви:
IР2= I2= 44 А;
Ток в неразветвленной части цепи определим по формуле:
/>
Находим коэффициент мощности всей цепи:
/> />
Находим угол φ = arcsin(sinφ) = arcsin(– 0,895)= – 63,5°.
Определяем мощность цепи:
– полная мощность
S= U· I= 220 · 29,5 = 6490 BA.
– активная мощность
P= U· I· cosφ = 220 · 29,5 ·0,45 = 2950,5 Вт;
- реактивнаямощность:
Q = U · I· sin φ= 220 · 29,5 · (-0,895)= -5808,5 вар.
Построение векторной диаграммы:
Выписываем значения приложенного напряжения и составляющих токовветвей: U= 220 В, IА1= 13,2 А; IА2= 0, IР1= 17,6 А; IР2= 44 А.
Принимаем масштаб:
— по напряжению: Ми = 50 В/см;
— потоку: МI= 10А/см.
Определяем длины векторов:
– длина вектора напряжения:
/>см
длина векторов тока:
/>см; />см; />см.
Выполняем построение диаграммы в такой последовательности:
а) произвольно на плоскости в масштабе откладываем векторнапряжения U(рис. 3.8), так как напряжение одинаково дляобеих параллельных ветвей.
6) рассуждая аналогично примеру 3.2.3, строим вектора токов IА, IL, IC;
в)геометрическим сложением векторов токов получим вектор общего тока (тока внеразветвленной части цепи).
Так как общий ток I опережает напряжение U(IC> IL), то характер цепи будетактивно – емкостной, и угол φ – отрицательный.
Построение векторной диаграммы
/>
Рис. 3.8
Ответ:
I1=22А; I2=44А; I=29,5А; S=6490 ВА; Р=2950,5 Вт; Q=-5808,5 вар; j=-63,50.