Министерство образования и науки Российской Федерации

Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»

Контрольная работа № 1

По дисциплине: Безопасность жизнедеятельности

(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)

Выполнил: студент гр______________ / Галстян Ю. Г. /

^{(подпись) (Ф.И.О.)}

ШИФР 1160030107

Проверил: _____________________ ______________ /________________/

^{(должность) (подпись) (Ф.И.О.)}

Санкт-Петербург

2012

Задача № 1.

Рассчитать местное вытяжное устройство (типа зонта) на участке об-служивания и ремонта автомобилей.

Примечание. Принять температуру окружающего воздуха (t_в) равной 20С.

Примечание. Местные отсосы открытого типа – вытяжные зонты – служат для улавливания потоков вредных веществ и конвективных (тепловых) пото-ков, направленных вверх.

При устойчивых конвективных потоках, например, от проёмов кузнеч-ных, плавильных и термических печей, имеющих осевую скорость движения воздуха на уровне всасывающего отверстия v ≥ 0,5 м/с, рекомендуется применять вытяжные зонты, расположенные над источником тепла.

Часовое количество воздуха (L_к, м³/ч), подтекающего к зонту с конвек-тивной струёй, возникающей над тепловым источником круглой и прямоуго-льной формы (при a/b = 1,5), определяется по формуле L_к = 67·(Q_к·Z·F_и²)^1/3, где Q_к – часовое количество тепла, выделяемого источником путём конвек-ции, ккал/ч; Z – расстояние от нагретой поверхности до воздухоприёмного сечения зонта, м; F_и – площадь горизонтальной поверхности источника теп-ла, м². Значение Q_к можно определить по формуле Q_к = _к· F_и·(t_и – t_в), где _к – коэффициент конвективной теплоотдачи, ккал/(ч·м²·С): для воздуха _к = 1,3·(t_и – t_в)^1/3, здесь t_и – температура нагретой поверхности источника,С (при-нять равной 20С); F_и – площадь горизонтальной поверхности источника те-пла, м².

Расход воздуха, удаляемого вытяжным зонтом, определяется из соотно-шения L_з = L_к·(F_з/F_и), где F_з – площадь сечения зонта, м²; при Z < 2,8·(F_и)^1/2 принимается F_{з =} 1,5·F_и.

Решение:

Количество воздуха, удаляемого вытяжным зонтом, опре-деляется выражением L_з = L_к·(F_з/F_и).

Количество воздуха, подтекающего к вытяжному зонту в час, L_к = 67·(Q_к·Z·F_и²)^1/3.

Конвекционное количество тепла, выделяемое источни-ком в час, Q_к = _к· F_и·(t_и – t_в).

Коэффициент конвективной теплоотдачи

_к = 1,3·(t_и – t_в)^1/3 = 1,3·(120 – 20)^1/3 = 1,3·4,64 =

= 6,032 ккал/(ч·м²·С).

Площадь сечения зонта F_з = a·b = 1,2·0,5 = 0,6 м².

Дано:

а = 1,2 м

b = 0,5 м

V_в = 0,8 м/с

Z = 1,7 м

Z < 2,8·(F_и)^1/2

F_з = 1,5· F_и

t_в = 20C

t_и = 120C

L_з = ?

(1)

(2)

(3)

Так как F_{з =} 1,5·F_и, то F_и = F_з/1,5 = 0,6/1,5 = 0,4 м².

Q_к = 6,032·0,4·100 = 241,28 ккал/ч.

L_к = 67·(241,28·1,7·(0,4)²)^1/3 = 67·(65,62816)^1/3 = 67·4,0337 = 270,26 м³/ч.

Подставляя получившиеся результаты в формулу (1), получаем

L_з = 270,26·(0,6/0,4) = 270,26·1,5 = 405,39 м³/ч.

Ответ: Количество воздуха, удаляемого вытяжным зонтом равно 405,39 м³/ч.

Вопрос № 2.

Изложите сущность поражения человека электрическим током при раз-личных схемах его включения в сеть. Что положено в основу выбора ре-жима нейтрали (заземлённой, изолированной)? Какая сеть более безопасна: с изолированной или заземлённой нейтралью?

Э лектрические сети промышленных предприятий могут работать как с изолированной от земли нейтралью трансформатора, так и с его нейтралью, соединённой с землёй наглухо или через малое сопротивление (Рис. 1). Эти разновидности сетей имеют свои достоинства и недостатки с точки зрения опасности прикосновения человека к токоведущим частям.

Рис. 1. Разновидности электрических трёхфазных сетей:

- трехпроводная с изолированной нейтралью;

- четырехпроводная с глухозаземлённой нейтралью.

При двухполюсном (Рис. 2.) касании (одновременное касание двух фаз трёхфазной сети) сила тока, проходящего через тело человека, не зависит от режима нейтрали сети. В обоих случаях она определяется только сопротив-лением человека R_ч: I_ч = U_л / R_ч = 380 / 1000 = 0,38 А, где U_л – линейное напряжение.

Если человек прикоснётся к фазе и нулевому проводу (нейтрали) в сети с глухозаземлённой нейтралью, величина тока, проходящего через его тело, будет немного меньше: I_ч = U_ф / R_ч = 220 / 1000 = 0,22 А, однако и она будет определяться исключительно сопротивлением тела человека R_ч.

Рис. 2. Схемы двухполюсного прикосновения человека:

- в сети с изолированной нейтралью;

- в сети с глухозаземлённой нейтралью.

П ри однополюсном прикосновении ток, проходящий через тело человека, зависит от режима нейтрали и сопротивления изоляции сети отно-сительно земли (Рис. 3.).

Рис. 3. Схемы однополюсного прикосновения человека в сети:

- с изолированной нейтралью;

- с глухозаземлённой нейтралью.

При прикосновении человека к одной из фаз (например, фаза В) трёх-фазной сети с изолированной нейтралью образуется замкнутая цепь: обложка фазы В трансформатора – фаза В – человек – земля – активное и ёмкостное сопротивление фаз А и С относительно земли r_A, r_C, x_CA, x_CC фазы А и С – обмотка фаз А и С трансформатора. Ток I_ч, протекающий по этой сети, опре-деляет опасность поражения человека. Сопротивления обмоток фаз транс-форматора и сопротивления проводов фаз по сравнению с сопротивлением тела человека и сопротивлением изоляции несоизмеримо малы, поэтому ве-личина протекающего через тело человека тока определяется в основном со-противлением тела человека и сопротивлением изоляции фаз относительно земли.

Ёмкость линии и ёмкостная составляющая сопротивления изоляции фаз зависят от протяжённости и разветвлённости линии: чем длиннее и разветв-лённее линия, тем больше ёмкость и меньше ёмкостная составляющая сопро-тивления изоляции.

Поэтому, даже если обеспечить идеальное состояние активной состав-ляющей сопротивления изоляции в такой сети, это не обеспечит защиту чело-века от поражения электрическим током. В таких сетях, обладающих боль-шой ёмкостью, при снятии напряжения опасность поражения не исключает-ся, т. к. через его тело в случае прикосновения пройдёт разрядный ток этой ёмкости. Например, ёмкость одной фазы кабеля напряжением 1кВ по отно-шению к свинцовой оболочке (земле) составляет 1 мкФ на 1 км длины кабе-ля.

Поэтому ток, проходящий через тело человека, прикоснувшегося к фа-зе А (Рис. 3, а), может достигать смертельно опасной величины, даже если величина активной составляющей сопротивления изоляции очень велика (R_из∞). В этом случае Z_из=х_С, и величина тока, проходящего через тело человека, будет равна I_ч= , где U_ф – фазное напряжение, U_ф=U_A/√3=380/√3=220В; х_С – реактивное ёмкостное сопротивление, х_С=1/ωС. С увеличением ёмкости фаз относительно земли ток поражения будет возрастать.

При прикосновении человека к голой фазе в сети с глухозаземлённой нейтралью человек окажется под фазным напряжением, и проходящий через него ток будет определяться выражением: I_ч=U_ф/R_ч+R_п+R_об+R₀≈U_ф/R_ч , где R_п – сопротивление участка пола, прикасающегося к ступням ног; R_об – со-противление обуви; R₀ – сопротивление заземления нейтрали. Сопротивле-ние изоляции двух других фаз не ограничивает ток поражения.

В практике часто бывает так, что одна из фаз трехфазной сети оказы-вается замкнутой накоротко на землю. Рассмотрим, что при этом происходит. На рис. 4 показаны такие ситуации. Независимо от того, заземлена нейтраль источника тока или заизолирована, прикосновение человека к неповреждён-ной фазе является смертельно опасным. Допустим, что в сети с изолирован-ной нейтралью появилось замыкание на землю (Рис. 4, а). Сопротивление изоляции этой фазы относительно земли стало равным нулю. В этом случае человек, коснувшись неповреждённой фазы А, окажется между двумя фазами в электрической цепи: источник питания – фаза А – человек – земля – фаза С. Ток, проходящий через тело человека, I_ч=U_АС/R_ч=U_л/R_ч.

Рис. 4. Схема прохождения тока через тело человека при касании им фазы А, ког-да фаза С замкнута на землю в сети с изолированной (а) и с заземлённой (б) ней-тралью; векторная диаграмма напряжений фаз относительно земли (в).

Пусть U_л=380B, R_ч=1кВ. Тогда I_ч = 380/1000 = 0,38 A = 380 мА. Этот ток смертельно опасен.

В сети с глухозаземлённой нейтралью (Рис. 4, б) человек аналогично попадёт под напряжение U_Аз=U_Сз=(U_ф²+U₀²+U_фU₀)^{^1/2}.

Т. к. напряжение смещения нейтрали U₀ (Рис. 4, в) имеет небольшое значение, можно считать что напряжение U_Аз, под которое попадает человек, мало отличается от фазного, т. е. I_ч=U_Аз/R_ч≈U_ф/R_ч. Например, при U_ф=220 B и R_ч=1 кОм I_ч=220 мА. Этот ток также смертельно опасен для человека. По-этому ПУЭ запрещена длительная (более 2 часов) работа кабельной сети при наличии в ней замыкания на землю. Отсюда ясно, что применение той или иной схемы электропитания (сети с изолированной или глухозаземлённой нейтралью) существенно меняет условия электробезопасности при однопо-люсном прикосновении человека к токоведущим частям. При двухполюсном касании схема электроснабжения влияния на электробезопасность не оказы-вает.

Трехфазные сети с изолированной нейтралью, как правило, приме-няются в небольших по протяжённости и неразветвлённых линиях, где обес-печиваются высокое значение сопротивление изоляции и её надёжный кон-троль. Обычно такие сети применяются как временные в переносных энерго-установках в условиях повышенной опасности. Ограничение применения та-ких сетей объясняется ещё и тем, что в них затруднён поиск места повреж-дения изоляции и, следовательно, отключение повреждённого участка линии. Из-за увеличения напряжения на неповреждённых фазах относительно земли возникают двойные замыкания на землю, даже при хорошем заземлении при-водящие к появлению опасных напряжений на оборудовании. Если такие сети не имеют устройств непрерывного контроля изоляции, замыкание фазы на землю длительное время остаётся незамеченным и тем самым создаёт очень неблагоприятные условия эксплуатации. Недостатками сетей с изолирован-ной нейтралью являются также резонансные перенапряжения, повреждаю-щие изоляцию трансформаторов и пробивающие пробивные предохранители, а также определённые трудности защиты при переходе высшего напряжения в сеть низшего. Предохранители существующих конструкций ненадёжны в эксплуатации; пробой их в нормальных условиях эксплуатации – частое явление, не замечаемое при отсутствии автоматического контроля. Получает-ся, по существу, режим с заземлённой нейтралью, увеличивающий опасность поражения током. Эффективная работа возможна лишь при наличии надёж-ного устройства контроля изоляции с отключением сети при уменьшении со-противления изоляции ниже заранее установленного предела, а также при непрерывном контроле целостности пробивного предохранителя.

В настоящее время на промышленных предприятиях наиболее распро-странены четырёхпроводные сети с глухозаземлённой нейтралью, позволяю-щие использовать два напряжения – линейное (380 В) и фазное (220 В). Ней-трали генераторов и трансформаторов в этих сетях соединены с заземляю-щими устройствами непосредственно или через малое сопротивление (транс-форматор тока). Четвёртый провод (ноль) сети соединён с заземлённой ней-тралью трансформатора. С помощью нулевого провода включаются потреби-тели на фазное напряжение (осветительная нагрузка).

Несмотря на некоторые недостатки такой сети в эксплуатации она на-много удобнее и безопаснее сети с изолированной нейтралью; в ней нет огра-ничений на количество потребителей и протяжённость линии.