Пожарная безопасность электроустановок

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА №1

Пожарная безопасность электроустановок

Задание №1

В производственном помещении располагается технологическое оборудование, в котором используется взрывоопасное вещество. Технологический процесс - установка затаривания мешков мукой

Определить класс и размер взрывоопасной зоны внутри и вне помещения.

Исходные данные:

1.       Технологическое оборудование располагается в точках №6,8,10,14;

2.       используемое в технологическом процессе вещество: мучная пыль.

.        максимальный объём взрывоопасной смеси: 120 м.куб.

.        внутренние габариты помещения:

длина L=60 м.;

высота h=4 м.;

ширина S=60м..

5.       объём размещённого оборудования V_обор.=2400 м.куб.

Решение

1.1     Определение класса взрывоопасной зоны

Основное вещество, используемое в технологическом процессе - мучная пыль.

Согласно таб.7.3.4 ПУЭ мучная пыль - взрывоопасное вещество.

Т.к. технологический процесс затаривания мешков мукой происходит открыто, то образование взрывоопасных концентраций возможно при нормальных условиях. Исходя из этого делаем вывод, что в помещении образовывается взрывоопасная зона класса В-II (п. 7.3.45 ПУЭ).

1.2     Расчёт размера взрывоопасной зоны.

Для определения взрывоопасной зоны:

а) находим объём помещения:

где V_пом- объём помещения, м³;

S - ширина помещения, м;

L - длина помещения, м;

h - высота помещения, м.

б) находим свободный объём помещения:

где V_пом.св.- свободный объём помещения, м.куб.;

V_обор.- объём размещённого оборудования;

в) находим отношение объёма ВЗОС к свободному объёму помещения:

где К - отношение свободного объёма помещения к объёму ВЗОС, %

Вывод: объём взрывоопасной смеси менее 5 % свободного объёма помещения, значит, взрывоопасная зона класса В-II занимает пространство в пределах 5 метров по горизонтали и вертикали от технологического аппарата, из которого возможно выделение пыли. Помещение за пределами ВЗОС следует считать не взрывоопасным (п.7.3.39 ПУЭ).

Задание 2

Укажите причины возникновения короткого замыкания, перегрузки и других пожароопасных явлений в осветительной аппаратуре

Пожарная безопасность светильника означает практическую невозможность загорания, как самого прибора, так и окружающей среды. Поэтому при конструировании осветительных приборов с лампами накаливания необходимо выбирать комплектующие изделия и материалы с температурными параметрами, соответствующими температурному режиму работы. Основным показателем пожарной безопасности является соответствие температур конструктивных элементов светильника допустимым значениям, как в рабочем, так и в аварийном режиме работы. Теоретически рассчитать температуру нагрева различных элементов светильника достаточно трудно из-за сложности математического аппарата и большого количества экспериментальных величин. Поэтому на практике чаще используют экспериментальные исследования температурных характеристик, сравнивая их с предельно допустимыми. Последние, как правило, выпускаются в виде различной нормативно-технической документации НТД (ОСТы, ГОСТы, нормативы, справочники и т.д.).

Поскольку большая часть энергии переходит в тепловую, то становится очевидным возможный нагрев ламп и арматуры до высоких температур. Так, температура на колбах ламп накаливания в зависимости от их мощности может достигать 160 ⁰С, а при загрязнении более 300 ⁰С.

Пожарная опасность светильников с лампами накаливания обусловлена:

-  уменьшением воздушного промежутка между колбой лампы и стеклянным колпаком светильника при замене лампы на большую мощность;

-       разрыв колб ламп;

-       выпадение колб ламп или раскаленных спиралей;

-       ослабление контактов подключения проводов (искрение, зажигание пластмассы);

-       короткие замыкания в местах ввода.

Пожарная опасность светильников с люминесцентными лампами обусловлена:

-  температура дросселя может достигать 120 ^оС, и имеющийся материал рассеивателя может воспламениться от этих температур;

-       при неисправностях может сильно увеличиться ток дросселя, что приведет к расплавлению и воспламенению мастик или наполнителей, используемых для заливки дросселей;

-       при стартерной схеме зажигания определенную опасность представляют стартеры (внутри которых находится бумажный конденсатор и картонные прокладки);

-       температура на поверхности трубок люминисцентных ламп вблизи от электродов достигает 7-80 ^оС;

-       особую опасность представляют рассеиватели, из горючих материалов. Наличие таких рассеивателей в случае возникновения пожара усиливает скорость его развития и затрудняет условия тушения.

Пожарная опасность светильников с лампами ДРЛ обусловлена тем, что температура на поверхности колб ламп достигает 300-400 С, а наличие пускорегулирующего аппарата приводит практически к тем же пожароопасным явлениям которые имеют место при эксплуатации люминесцентных светильников.

Задание №3

Привести схему распределения электроэнергии напряжением до 1 кВ механического цеха №7 Минского тракторного завода

Описать функциональное назначение используемых в приведённой схеме распределительных устройств.

1. Распределительное устройство вторичного напряжения. Служит для распределения и передачи электроэнергии.

2. Электроприёмник с двигателем.

. Силовой пункт. Предназначен для передачи и распределения электроэнергии между силовыми потребителями (электродвигателями, генераторами, трансформаторами, станками и т.д.), защиты сети от ненормальных режимов работы.

рис.3.1 Схема распределения электроэнергии внутри цеха

. Щит управления. ЩУ предназначены, главным образом, для дистанционного и автоматического управления электроприводами. В тоже время щиты управления осуществляют распределение электроэнергии.

. Магистральный осветительный щиток. Осуществляет распределение электроэнергии между групповыми осветительными щитками. Оборудуются аппаратами защиты для защиты сети от ненормальных режимов работы.

. групповой осветительный щиток . Предназначен для распределения и передачи электроэнергии в осветительную (не силовую) сеть. Оборудуется аппаратами защиты для защиты сети от ненормальных режимов работы.

. электроосветительные приборы. предназначены для освещения мест работы .

Задание 4

R₁=50Ом; R₂=11Ом L=630 мГн; C=500мкФ; Q_L =35вар.

Определить следующие параметры электрической цепи однофазного переменного тока: I,U,Z, S,,P,Q,j. Построить в масштабе векторную диаграмму и определить характер цепи

Решение

1.       Находим полные сопротивления ветвей:

где:

Так как X_L > X_С, следовательно характер цепи активно - индуктивный.

2.       Находим коэффициенты мощности цепи:

Находим величину угла сдвига фаз между напряжением и током:

j=arcos 0.3035=72.3298⁰

Зная, что Q_L =35вар, определим ток I по формуле:

Определяем напряжение в сети по формуле:

.Определяем мощность цепи:

·        полная мощность

·        реактивная мощность:

·        активная мощность

3.       Построение векторной диаграммы:

выписываем значения токов и напряжений на сопротивлениях цепи:

а) в неразветвлённой части цепи ток одинаков для любого участка цепи:

I =0.421A;

Напряжение на активном сопротивлении:

;

напряжение на индуктивном сопротивлении:

;

напряжение на ёмкости:

;

принимаем масштаб:

по напряжению M_u=5.364 В/см;

по току М_i = 0.0842 A/см.

определяем длины векторов:

длина векторов токов:

;

;

;

в) выполняем построение диаграммы в следующей последовательности:

1.       произвольно на плоскости в масштабе откладываем вектор напряжения I, т.к. ток одинаков на всём участке цепи.

2.       строим вектора токов U_a, U_L, U_C .

.        геометрическим сложением векторов получим вектор общего напряжения. Т.к. вектор общего тока опережает напряжение U, то характер цепи будет активно-индуктивный и угол j - положительный.

Задание №6

Выбрать тип аппарата защиты и его параметры для защиты сети 380/220 В трёхфазных электродвигателей по условиям обеспечения пожарной безопасности. Определить необходимое сечение жил питающих проводников.

Выбрать тип теплового магнитного пускателя. Подобрать I₀ теплового реле и определить необходимое число делений шкалы, на которое необходимо установить поводок регулятора реле.

Напряжение сети: 380/220В. Двигатель: номинальная мощность P_н=17кВт;

cosj=0.86; КПД h=0.89; коэффициент пуска К_п=7

Электропроводка: кабель ПВ, способ прокладки - в трубах

Класс взрывоопасной зоны: В-Iа

Решение

6.1. Рассчитываем номинальный ток электродвигателя

где Р_Р - рабочая мощность электродвигателя, кВт;

Р_Н -номинальная мощность электродвигателя, кВт;

U_Л - линейное напряжение сети, В;

cosj - коэффициент мощности двигателя;

h - КПД двигателя.

.2. Определяем необходимое сечение жил кабеля в соответствии с условием I_доп³1.25I_НОМ, (двигатель с короткозамкнутым ротором и расположен во взрывоопасной зоне В-Iа (7.3.97ПУЭ)). По таб. 1.3.4 ПУЭ выбираем S=8мм², при котором

6.3 Выбираем тепловое реле в соответствии с условием  По прилож.2 таб.2.6 этому условию удовлетворяет реле ТРН-40 с номинальным током I_Н.Р.=40А>I_Н=33.745А. По условию I₀ »I_Н , выбираем нагревательный элемент реле. Этому условию удовлетворяет нагревательный элемент с током нулевой уставки I₀ = 32А (см. прилож.2, таб.2.6).

Для выполнения условия I_УСТ=I_Н тепловое реле необходимо отрегулировать. Рассчитываем количество делений, на которое необходимо повернуть поводок регулятора реле. Для реле, у которого I₀=32 А

6.4.Выбираем предохранитель ПР-2. В соответствии с условием , По табл.2.5, прилож. 2 принимаем I_{НОМ. ПР.}=60А>33.745А

.5. Выбираем плавкую вставку в соответствии с условием . По таб. 2.5 , прилож. 2 принимаем I_Н.ВСТ.=35А

.6 Проверяем выбранную плавкую вставку на устойчивость работы при пуске двигателя (на отсутствие ложных отключений) по условию,

где a=3 в соответствии с табл. 4.3(8).

I_ПУСК - пусковой ток двигателя, который равен

Проверяем:

Вывод: Выбранная плавкая вставка и предохранитель условию не удовлетворяет.

Корректируем выбор плавкой вставки и предохранителя:

выбираем I_Н.ПР.=100А, I_Н.ВСТ.=80 А (см. таб. 2.5 прилож. 2). Очевидно, что 80А >78.74А, т.е. при пусках ложных отключений не будет.

Ответ: S_ПВ=8мм²,

ПР-2 (I_Н.ВСТ.=80А, I_Н.ПР.=100А)

ТРН-40 (I₀=32А, N=-1 деление)

Задание №5

В четырехпроводную трёхфазную цепь с линейным напряжением 220В включены три однофазных приёмника и один симметричный трёхфазный приёмник номинальные параметры, которых:

Однофазные приёмники с U_НОМ=220В:

1.       P_НОМ=14кВт, cosj=1

2.       Q_НОМ=14квар, cosj=0, характер емкостной

3.       P_НОМ=10кВт, Q_НОМ=10квар, характер емкостной

Трёхфазный симметричный потребитель с U_НОМ=127В:

. P_НОМ=16кВт, Q_НОМ=12квар, характер индуктивный

Начертить схему включения указанных приёмников в трёхфазную сеть. Построить совмещённую топографическую векторную диаграмму напряжений и токов. Графически определить ток в линейных проводах трёхфазной системы.

Решение

Сопротивления элементов схемы замещения приёмников рассчитываем, используя их номинальные данные.

Таким образом, для однофазных приёмников:

№1

Т.к. Р_НОМ=14кВт, cosj=1

j=0⁰ , род нагрузки активный

№2

Т.к. Q_НОМ=14квар, cosj=0,

j=-90⁰ т.к. род нагрузки емкостной

№3

Т.к. P_НОМ=16кВт, Q_НОМ=12квар

cosj=0.7071

j=-45⁰, т.к. род нагрузки емкостной

Сопротивление симметричного трёхфазного приёмника:

№4

Т.к. P_НОМ=16кВт, Q_НОМ=12квар

cosj=0.8

j=36.87⁰, т.к. род нагрузки индуктивный

Схема включения приёмников определяется в зависимости от их номинального напряжения U_НОМ и линейного напряжения трёхфазной цепи U_Л. Если , то используется соединение треугольником. Если же , то звездой.

Т.о, однофазные приёмники с 220В необходимо подключить к трёхфазной сети с  треугольником. Трёхфазный приёмник с 127В следует подключить звездой.

Схема включения приёмников к трёхфазной сети приведена на рис.5.1.

рис.5.1 Схема включения приёмников к трёхфазной сети

Определяем фазные и линейные токи однофазных приёмников. Фазные токи однофазных приёмников:

 (ток I_bc совпадает по фазе с напряжением U_bc по фазе)

 (ток I_ca опережает напряжение U_ca по фазе на угол 90⁰)

 (ток I_ab опережает напряжение U_ab по фазе на угол 45⁰)

Определяем фазные и линейные токи трёхфазного приёмника:

Линейные токи несимметричных однофазных приёмников определяем графически при построении векторной диаграммы:

,,

Принимаем масштаб:

по току М_i=12.729 А/см

по напряжению M_u=25.4 В/см

( ток I_ca опережает напряжение U_ca по фазе на угол 90⁰);

( ток I_ab опережает напряжение U_ab по фазе на угол 45⁰);

( ток I_bc совпадает по фазе с напряжением U_bc по фазе).

;

;

.

Полагая, что точка О на диаграмме соответствует точке цепи потенциал, которой равен нулю. Откладываем от неё в масштабе вектора фазных напряжений U_А, U_В, U_С, сдвинутых друг относительно друга на угол 120⁰. Получим точки a,b,c, соответствующие точкам А, В, С цепи. Разность векторов фазных напряжений представляет собой вектора линейных напряжений соответственно U_ав, U_ас, U_св.

Построение векторов фазных и линейных токов несимметричных трёх однофазных приёмников, соединённых треугольником выполняется в следующей последовательности:

откладываем относительно векторов напряжений U_ав, U_ас, U_св соответственно вектора I_ав, I_ас, I_св несимметричных трёх однофазных приёмников.

Линейные токи определяем разностью векторов фазных токов:

(измерив длину полученных векторов I_a, I_b, I_c и зная масштаб можно узнать числовое значение линейного тока ).

Построение векторной топографической диаграммы:

для однофазных приёмников U_А= U_В= U_С=220В

 (ток I_bc совпадает по фазе с напряжением U_bc по фазе)

 (ток I_ca опережает напряжение U_ca по фазе на угол 90⁰)

 (ток I_ab опережает напряжение U_ab по фазе на угол 45⁰)

Для трёхфазного приёмника , т.к род нагрузки индуктивный, то ток отстает по фазе напряжение на угол 36.87⁰

Принимаем масштаб:

по току М_i=12.729 А/см

по напряжению M_u=25.4 В/см

Определяем длину векторов напряжений и токов:

.

Полагая, что точка О на диаграмме соответствует точке цепи потенциал, которой равен нулю. Откладываем от неё в масштабе вектора фазных напряжений U_А, U_В, U_С, сдвинутых друг относительно друга на угол 120⁰. Получим точки a,b,c, соответствующие точкам А, В, С цепи. Разность векторов фазных напряжений представляет собой вектора линейных напряжений соответственно U_ав, U_ас, U_св.

Откладывая от точки О векторы однофазных приёмников I_1, I_2, I₃ в соответствии с их расчётными длинами.

Построение векторов фазных и линейных токов несимметричных трёх однофазных приёмников, соединённых треугольником выполняется в следующей последовательности:

откладываем относительно векторов напряжений U_ав, U_ас, U_св соответственно вектора I_ав, I_ас, I_св несимметричных трёх однофазных приёмников.

Линейные токи определяем разностью векторов фазных токов:

(измерив длину полученных векторов I_a, I_b, I_c и зная масштаб можно проверить числовое значение линейного тока ).

Определяем токи в линейных проводниках, используя первый закон Кирхгофа.

Для построения вектора тока  c конца вектора I₁ откладываем вектор I_а и получаем результирующий вектор I_А. Аналогично строим вектора:

Определяем длину векторов I_А, I_В, I_С с помощью линейки:

l_iА=13.81cм l_iВ=19.44cм l_iС=12.94cм

Ответ:

Задание7

В цехе получения казеина (класс зоны В-II) установлено следующее электрооборудование:

·        электропроводка выполнена кабелем АНРГ способ прокладки - на скобах;

·        электродвигатели серии АТД2 с маркировкой по взрывозащите В3Т4-В;

·        ключи управления типа КУ-96 с маркировкой по взрывозащите МОГ;

·        магнитные пускатели серии ПМ-722А-1000 с маркировкой по взрывозащите НМА;

·        светильники типа плафон-В4 с маркировкой по взрывозащите В3Т4-В;

·        выключатели для включения светильников ВКМ-1(2) с маркировкой по взрывозащите IP68.

Необходимо:

1.       дать заключение о соответствии требований пожарной безопасности силового и осветительного электрооборудования классу и среде взрывоопасной зоны

2.       указать знаки взрывозащиты по ГОСТ, ПИВРЭ, ПИВЭ.

Решение

пожарная безопасность электрооборудование

1.       Определяем категорию и группу взрывоопасной смеси казеина с воздухом.

Согласно п. 7.3.63, таб.7.3.4, таб.7.3.2 ПУЭ взрывоопасная смесь казеина относится:

по ГОСТ - IIAT2;

по ПИВЭ - 1Б

2.       Обосновываем соответствие электрооборудования требованиям пожарной безопасности и ПУЭ.

Устанавливаем необходимые уровни (таб.7.3.10 - 7.3.12 ПУЭ) взрывозащиты электрооборудования и составляем требуемую маркировку по взрывозащите:

двигателя - уровень 1; 1ExdIIAT2

светильника - уровень 2; 2ExdIIAT2

для аппаратов управления - уровень 1; 1ExdIIAT2

         Переводим маркировку по ПИВРЭ и ПИВЭ применяемого силового и осветительного оборудования в соответствующую ГОСТ 12.2.020.76^*:

ü  двигатель (В3Т4-В) - 1ExdIIВT4

ü  светильник (В3Т4-В) - 1ExdIIВT4

ü  ключ управления (МОГ) - 1ExеIIСT4

ü  магнитные пускатели (НМА) - 2ExеIIСT1

ü  выключатели (IP68) - IP68

         Определяем соответствие электрооборудования требованиям пожарной безопасности и ПУЭ:

ü  электропроводки выполнены кабелем АНРГ - на скобах, не соответствует способу прокладки 7.3.118 ПУЭ;

ü  электродвигатели серии АТД2 с маркировкой по взрывозащите В3Т4-В (1ExdIIВT4) соответствуют п.7.3.63, 7.3.65 и таб.7.3.10 ПУЭ;

ü  магнитные пускатели серии ПМ-722А-1000 с маркировкой по взрывозащите НМА (2ExеIIСT1) не соответствуют таб.7.3.11 ПУЭ и п.7.3.63 ПУЭ по уровню взрывозащиты и температурному классу электрооборудования;

ü  светильники типа плафон-В4 с маркировкой по взрывозащите В3Т4-В (1ExdIIВT4) соответствуют п.7.3.76 и таб.7.3.12 ПУЭ;

ü  выключатели для включения светильников ВКМ-1(2) с маркировкой по взрывозащите IP68 не соответствуют уровню взрывозащиты и температурному классу электрооборудования п. таб.7.3.11 и п.7.3.63 ПУЭ;

ü  ключи управления типа КУ-96 с маркировкой по взрывозащите МОГ (1ExеIIСT4) соответствуют п. 7.3.65, таб.7.3.11 и п.7.3.63 ПУЭ.

Заключение

Выключатели для управления светильниками расположить за пределами взрывоопасной зоны (п.7.3.71 ПУЭ); установленные магнитные пускатели серии ПМ-722А-1000 с маркировкой по взрывозащите НМА (2ExеIIСT1) заменить на магнитные пускатели с маркировкой по взрывозащите не ниже 1ExdIIAT2; электропроводку проложить в трубах либо пылеуплотненных каналах (п.7.3.118 ПУЭ).

Литература

1.       Правила устройства электроустановок. - М.: Энергоиздат, 1986

2.       Черкасов В.Н., Шаровар Ф.И. Пожарная профилактика электроустановок. - М.: ВИПТШ МВД СССР , 1987.

.        Черкасов В.Н. Пожарно-техническая экспертиза электрической части проекта.- М.: Стройиздат, 1987

.        Пожарная профилактика электроустановок. Методическое пособие по выбору электрооборудования для взрывоопасных и пожароопасных производств./ Чайчиц Н.И. , Иванович А.А./, 1999г.

.        Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей и Правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей, 4-е изд. , перераб. и доп. - М.; Энергоиздат, 1986г.

.        Безопасность электроустановок. Методическое пособие по выбору электропроводки./ Чайчиц Н.И., Иванович А.А./, Мн. 2002г.

.        Безопасность электроустановок. Методические указания и индивидуальные задания к выполнению контрольной работы по разделу «Обеспечение пожарной безопасности электроустановок» ./ Чайчиц Н.И., Иванович А.А./, Мн. 2002г.