Вещества и материалы, способные взрываться и гореть при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом в таком количестве, что расчетное избыточное давление взрыва в помещении превышает 5 кПа

Б- взрывопожаро-опасная

Пыли и волокна, ЛВЖ с температурой вспышки более 28^оС, горючие жидкости (ГЖ) в таком количестве, что могут образовывать взрывоопасные паровоздушные или пылевоздушные смеси, при воспламенении которых развивается избыточное давление взрыва в помещении, превышающее 5 кПа

В1-В4 -

пожароопас-ные

Горючие и трудногорючие жидкости, твердые горючие и трудногорючие вещества и материалы (в том числе пыли и волокна), вещества материалы, способные при взаимодействии с водой, кислородом воздуха и друг с другом только гореть, при условии, что помещения, в которых они имеются в наличии или обращаются, не относятся к категориям А или Б

Г-

невзрывопо-жароопасная

Негорючие вещества и материалы в горячем, раскаленном или расплавленном состоянии, процесс обработки которых сопровождается выделением лучистого тепла, искр и пламени; горючие газы, жидкости и твердые вещества, которые сжигаются или утилизируются в качестве топлива

Д-

непожаро-опасная

Негорючие вещества и материалы в холодном состоянии

Пожар легче предупредить, чем его тушить. На этом принципе базируется пожарная профилактика, где заранее предусматриваются мероприятия направленные:

на устранение источников зажигания, окислителя и т.д.;

предупреждение возможности возникновения очага пожара (замена горючих веществ на негорючие, понижение степени горючести веществ, работа с безопасными концентрациями, температурами и т.п.);

предупреждение распространения пожара при его возникновении внутри оборудования и по трубопроводам, по конструктивным элементам зданий, между зданиями и т.д. (огнепреградители, отсекающие клапаны, резервные емкости, противопожарные стены, зоны, обваловки и т.п.);

безопасная эвакуация людей при пожаре;

первичные и стационарные средства тушения пожара.

Задания и порядок выполнения работы

Задание № 1. Определение нижнего (_н) и верхнего (_в) концентрационных пределов распространения пламени.

Определить степень взрывопожароопасности смеси горючих газов (по заданию преподавателя) на экспериментальной установке по величине нижнего (_н) и/или верхнего (_в) пределов распространения пламени. Полученные результаты сравнить с расчетными и найти погрешность определения. Определить безопасные концентрации. Установить, к какому классу по ПУЭ относится зона вокруг экспериментальной установки, где установлен баллон с заданной смесью газов, и к какой категории по взрывопожароопасности относится помещение, в котором эта смесь используется: 1) как сырье; 2) как топливо.

Порядок выполнения работы

1. Познакомиться с экспериментальной установкой и порядком выполнения работы на ней (см. описание к установке).

2. Провести предварительные расчеты нижнего (верхнего) концентрационных пределов распространения пламени сначала для индивидуальных веществ [см. уравнения (5.6) или (5.115.13)] , а затем для смеси газов [см. уравнение (5.15)], указанного в задании состава.

3. Рассчитать объем газовой смеси, необходимой для создания концентрации, соответствующей нижнему (верхнему) пределу по формуле (5.16).

4. Приготовить газовоздушную смесь путем смешения воздуха с рассчитанным объемом газовой смеси в смесительной системе установки.

5. Отобрать часть приготовленной смеси во взрывной цилиндр и поджечь ее искровым разрядом.

6. При наличии взрыва при определении нижнего предела (_н) уменьшить объем, а при определении верхнего (_в) наоборот увеличить объем отбираемого газа на 1 мл.

7. Удалить из смесительной системы и взрывного цилиндра установки продукты сгорания и повторить эксперимент с меньшим (большим) объемом отобранного газа. Эксперимент проводить до тех пор, пока при следующем уменьшении (увеличении) объема газа взрыва не будет.

8. Рассчитать экспериментальную величину нижнего (верхнего) пределов распространения пламени и найти погрешность между рассчитанным и экспериментальным значением. Объяснить различия экспериментальной и расчетной величины.

9. При оценке степени опасности смеси газов с воздухом учитывают, что все газовоздушные смеси, имеющие область воспламенения, ограниченную нижним и верхним концентрационными пределами, взрывопожароопасны, но смеси с _н 10 об.% - особовзрывоопасные, а с _н 10 об.% - взрывоопасные.

10.Установить класс зоны по ПУЭ [23] вокруг баллона с газовой смесью заданного состава.

11.Обосновать категорию помещения, в котором эта газовая смесь используется в качестве: а) сырья; б) топлива.

12. Экспериментальные результаты можно представить в виде табл.5.11:

Таблица 5.11.

Объем газа, мл	Наличие взрыва	Объем газа, необходимый для достижения нижнего (верхнего) пределов.

Задание № 2. Определение температуры вспышки и воспламенения.

Оценить степень взрывопожароопасности жидкости (по заданию преподавателя) по температурам вспышки и воспламенения. Экспериментально установленные температуры сравнить с расчетными и справочными величинами, определить погрешности и в случае расхождения объяснить различия.

Установить класс зоны по ПУЭ и категорию помещения по НПБ105-95, где используется исследуемая жидкость. Предложить методы обеспечения пожарной безопасности.

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с установкой закрытого (открытого) типа для определения температуры вспышки (t_всп.) и воспламенения (t_восп.).

2. Рассчитать и/или найти в справочнике [22] температуру вспышки для исследуемой жидкости.

3. Заполнить тигель в установке на 2/3 исследуемой жидкостью, установить термометр необходимого диапазона и включить нагревательное устройство.

4. Зажечь и отрегулировать запальный фитилек с помощью зажима на шланге с газом от газового баллона.

5. За 1015^оС до расчетной величины t_всп. (или взятой из справочника) через каждые 12 градуса подносить запальный фитилек к поверхности жидкости и зафиксировать температуру, при которой впервые пары над жидкостью вспыхнут. Это будет экспериментальная температура вспышки - t_всп^э_.

6. Продолжить нагрев жидкости и поднесение запального фитилька через каждые 12 градуса нагрева к поверхности жидкости. Зафиксировать температуру, при которой пары загорелись и горение продолжалось не менее 1530 с. Это будет экспериментальная температура воспламенения - t_восп^э_.

7. Закрыть емкость с горящей жидкостью крышкой, если измерения проводятся на установке открытого типа, или закрыть задвижку на приборе закрытого типа, чтобы горение прекратилось.

8. Экспериментальные показатели сравнить с расчетными (справочными) и объяснить расхождения в значениях температур.

9. По найденной температуре установить степень опасности жидкости. Наиболее опасными являются ЛВЖ, к которым относятся жидкости с t_всп. 61^оС (на приборе закрытого типа) и 66^оС (на приборе открытого типа). Все ЛВЖ взрывопожароопасны. Если t_всп. 61(66)^оС - это пожароопасная горючая жидкость (ГЖ).

10. По разности между t_восп - t_всп = t установить опасность жидкости при эксплуатации в условиях возможного наличия источника зажигания. Чем меньше t, тем опаснее жидкость.

11. Установить класс зоны по ПУЭ вокруг оборудования, в котором используется исследуемая жидкость.

12. Установить категорию помещения по НПБ105-95 [27], в котором используется оборудование с жидкостью.

13. Предложить методы обеспечения пожарной безопасности при использовании исследуемой жидкости.

Экспериментальные результаты можно представить в виде табл.5.12.

Таблица 5.12

Температура жидкости, оС	Наличие	Экспериментальные значения
	вспышки паров	воспламенения паров	tвспэ	tвоспэ
50
52
54	+
55	+
57	+	+

Задание № 3. Определение температуры самовоспламенения методом капли.

Оценить степень взрывопожароопасности жидкости (по заданию преподавателя) по температуре самовоспламенения (t_св.). Полученные результаты сравнить с расчетными и справочными данными. Найти погрешность и объяснить возможные расхождения в величинах t_св.

Установить группу взрывоопасной смеси и температурный класс взрывозащищенного электрооборудования. Найти безопасную температуру нагрева исследуемой жидкости. Предложить мероприятия по обеспечению пожарной безопасности при работе с исследуемой жидкостью.

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с установкой по определению температуры самовоспламенения методом капли.

2. Рассчитать объем исследуемой жидкости, соответствующей стехиометрическому составу смеси по формуле (5.21).

3. Рассчитать и/или взять из справочника [22] температуру исследуемой жидкости.

4. Включить муфельную печь, отрегулировать потенциометр, показывающий температуру нагрева сосуда и проверить наличие зеркальца над сосудом.

5. Нагреть сосуд до температуры на 3040^оС выше расчетной (справочной) температуры самовоспламенения исследуемой жидкости и отключить печь.

6. За 1015^оС до расчетной (справочной) t_св. через каждые 23 градуса падения температуры вводить в сосуд рассчитанный объем жидкости и через зеркальце фиксировать загорание паров жидкости.

7. С помощью секундомера фиксировать время с момента внесения жидкости в сосуд до воспламенения паров жидкости. Это время по мере остывания сосуда увеличивается.

8. После каждого опыта продукты сгорания удалять из сосуда с помощью специального приспособления.

9. Опыты повторять до тех пор, пока пары внесенной жидкости не будут воспламеняться в течение 35 мин.

10. За экспериментальную температуру самовоспламенения исследуемой жидкости принимается температура, при которой в последний раз было зафиксировано воспламенение паров вносимой в установку жидкости.

11. Сравнить полученную t_св.^э с расчетной (t_св.^р) и справочной (t_св.^сп), объяснить наблюдаемые расхождения и установить погрешность определения.

12. Степень опасности жидкости устанавливают путем нахождения по t_св. группы взрывоопасной смеси. Самой опасной будет жидкость, относящаяся к группе Т6, а наименее опасной к группе Т1. Группы взрывоопасных смесей и температурные классы взрывозащищеного электрооборудования приведены в литературе [23] и в разделе 5.1 (табл. 5.1 и 5.2).

13. Найти безопасную температуру нагрева жидкости, определяемую по формуле (5.2).

14. Предложить мероприятия по обеспечению пожарной безопасности при работе с исследуемой жидкостью.

15. Экспериментальные результаты могут быть представлены в виде табл. 5.13.

Таблица 5.13.

Температура смеси, оС	Время (индукционный период), сек	Наличие самовоспламенения	Экспериментальная tсв.оС

Задание № 4. Определение безопасного экспериментального максимального зазора (БЭМЗ).

Оценить степень взрывопожароопасности паро-воздушной смеси (по заданию преподавателя) по величине БЭМЗ, определенном на модельной установке. Полученные результаты сравнить с расчетными и/или справочными и объяснить наблюдаемые расхождения. Рассчитать погрешность определения относительно расчетной величины. Предложить меры пожарной безопасности при использовании исследуемой жидкости.

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с модельной установкой по определению БЭМЗ.

2. Рассчитать объем жидкости, необходимый для создания паровоздушной смеси стехиометрического состава по формуле (5.20).

3. Рассчитать величину БЭМЗ по формуле (5.16) и установить с помощью шкалы этот зазор на установке. Точность установки зазора 0,05 мм.

4. Включить установку и открыть защитный кожух.

5. Внести в левую и правую камеры рассчитанный объем исследуемой жидкости и закрыть отверстие, через которое вводилась жидкость (калькой).

6. Закрыть кожух и выждать время, необходимое для испарения введенной жидкости и образования паровоздушной смеси стехиометрического состава (время зависит от летучести жидкости и указывается преподавателем).

7. Путем нажатия кнопок на передней панели установки поджечь паро-воздушную смесь с помощью электрической искры сначала в левой камере, а затем в правой.

8. При фиксировании взрывов в обеих камерах отметить отсутствие передачи взрыва из одной камеры в другую.

9. После этого установить зазор на 0,05 мм больше предыдущего.

10. Удалить продукты сгорания с помощью вентиляционной системы, вмонтированной в установку, путем нажатия педали на передней панели установки. Полнота удаления фиксируется отсутствием запаха исследуемой жидкости из отверстий, через которые происходит удаление загрязненного воздуха.

11.Опыты повторять, меняя зазор, до тех пор, пока при подаче искры в одну из камер будет фиксироваться взрыв, а при подаче искры в другую камеру взрыва не будет. Это указывает на то, что зазор между камерами больше БЭМЗ и при взрыве смеси в одной камере через этот зазор происходит одновременно взрыв в другой камере, следовательно, наблюдается передача взрыва. За экспериментальную величину БЭМЗ принять то значение зазора, при котором в последний раз фиксировали отсутствие передачи взрыва из одной камеры в другую.

12.Сравнить полученную величину БЭМЗ с расчетной и справочной. Рассчитать погрешность определения по отношению к расчетной (справочной) величине. Объяснить возможные расхождения в показателях.

13.Оценка степени взрывопожароопасности жидкости по величине БЭМЗ проводится путем нахождения категории взрывоопасной смеси по ПУЭ. Самая опасная будет смесь, относящаяся к категории IIС и наименее опасная - к категории IIА (см. табл.5.3).

14. Предложить мероприятия по обеспечению пожарной безопасности при работе с исследуемой жидкостью.

15. Экспериментальные результаты могут быть представлены в виде табл. 5.14.

Таблица 5.14.

Величина БЭМЗ, мм	Наличие взрыва	Наличие передачи взрыва	Экспериментальный БЭМЗ, мм
	Левая камера	Правая камера

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Общие сведения о пожаре и горении. Механизмы процесса горения.

2. Основные показатели взрывопожароопасности веществ и материалов (температура вспышки-t_всп., температура воспламенения-t_восп., температура самовоспламенения-t_св., нижний (_н) и верхний (_в) концентрационные пределы распространения пламени, безопасный экспериментальный максимальный зазор - БЭМЗ и др.).

3. Оценка степени взрывопожароопасности веществ и материалов на основе t_всп., t_восп., t_св., _н, _в, БЭМЗ и других показателей.

4. Оценка степени взрывопожароопасности зон вокруг оборудования, где используются горючие вещества.

5. Оценка степени взрывопожароопасности помещений по НПБ 105-95.

6. Порядок назначений взрывопожароопасных категорий помещений (категорий А и Б).

7. Порядок назначения пожароопасной категории (В1-В4) и оценка степени пожарной опасности помещений.

8. Мероприятия по предупреждению возникновения очага пожара (снижения степени горючести веществ, устранения окислителя и источника зажигания).

9. Мероприятия по предупреждению распространения очага пожара при его возникновении внутри технологического оборудования (огнепреградители, вентили, мембраны и др.).

10. Мероприятия по предупреждению распространения пожара по конструктивным элементам здания и против разрушения здания при взрыве (противопожарные стены, перекрытия, обваловки, легкосбрасываемые конструкции и др.).

11. Мероприятия по обеспечению безопасности эвакуации людей при пожаре.

12. Мероприятия, направленные на тушение пожара: специализированные службы, средства сигнализации о пожаре, стационарные и первичные средства пожаротушения.

6. ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТЬ

Цель работы: Изучение методик оценки степени опасности включения человека в электрическую сеть, исправности электрооборудования, и эффективности способов обеспечения электробезопасности.

6.1 Основные положения

Все случаи поражения человека током являются результатом замыкания электрической цепи через тело человека или, иначе говоря, результатом прикосновения человека не менее чем к двум точкам цепи, между которыми существует напряжение. Многообразие действия электрического тока приводит к двум видам поражения: электротравмам (электрическим ожогам, знакам, металлизации кожи и механическим поражениям) и электроударам. Различают 4 степени электроударов: 1- судорожное сокращение мышц без потери сознания; 2- судорожное сокращение мышц с потерей сознания; 3- потеря сознания и нарушение сердечной деятельности или дыхания; 4- клиническая смерть, т.е. отсутствие дыхания и кровообращения. Опасность прикосновения человека (тяжесть электротравм и электроударов) к электрической цепи оценивается значением силы тока, проходящего через человека (I_ч), или напряжением, под действием которого оказывается человек, т.е. напряжением прикосновения (U_пр). Последствия поражения человека электрическим током зависят от ряда факторов: силы и природы тока, времени действия и пути прохождения тока, электрического сопротивления тела человека, состояния окружающей среды, схемы включения человека в электрическую цепь и т.п.[23].

Сила переменного (f=50 Гц) тока порядка 12 mА называется пороговым ощутимым током; 10 mА (f=50 Гц) - пороговый неотпускающий ток, при котором в мышцах рук возникают болезненные судороги, человек не может самостоятельно освободиться. При токе 25-50 mА затрудняется или прекращается дыхание. Смертельной считается сила тока 100 mА. Установлено, что переменный ток с f=5060 Гц в 4-5 раз опаснее постоянного (при U_раб 10³В). Токи с частотой 400500 кГц и более не вызывают раздражающего действия тканей, но оказывают термическое воздействие.

Длительность протекания тока через тело человека определяет исход поражения им, т.к. с течением времени резко возрастает сила тока вследствие уменьшения сопротивления тела и также потому, что в организме человека накапливаются отрицательные последствия воздействия тока.

Путь прохождения тока через человека играет существенную роль в исходе поражения, т.к. ток может пройти через жизненно важные органы: сердце, лёгкие, головной мозг и др. В литературе описано 15 возможных путей прохождения тока, однако наиболее вероятными являются: рука-рука, правая рука-ноги, нога-нога. Наиболее опасным считается рука-рука. Влияние пути тока на исход поражения определяется также сопротивлением кожи на различных участках тела.

Установлено, что физически здоровые люди легче переносят электрические удары. Повышенной восприимчивостью к электрическому току отличаются лица, страдающие болезнями кожи, сердечно-сосудистой системы, лёгких, нервными болезнями и др.

Сопротивление тела человека прохождению тока является нелинейной величиной, зависит от множества факторов (состояния кожи, площади контактов, состояния организма и т.д.) и колеблется в пределах от 10⁴ до 5^.10⁵ Ом. Сопротивление внутренних жизненно важных органов не превышает 10³ Ом, поэтому в расчётах сопротивление человека принимают 10³ Ом.

Состояние окружающей среды (температура, влажность, наличие пыли, паров кислот) влияет на сопротивление тела человека и сопротивление изоляции, что в конечном итоге определяет характер и последствия поражения электрическим током. Согласно "Правилам устройства электроустановок" (ПУЭ) [23] все производственные помещения по опасности поражения электрическим током разделяются на три категории:

1) помещения без повышенной опасности (сухие, с относительной влажностью 60%, беспыльные помещения с изолирующими полами);

2) помещения с повышенной опасностью - помещения, в которых присутствует один из факторов (влажность более 75%, наличие в воздухе токопроводящей пыли, токопроводящие полы, температура воздуха, превышающая 35^оС и т.д.);

3) особоопасные помещения (особо сырые, с влажностью 100%, с химически активной средой, а также с двумя или более факторами помещений 2-й категории).

6.2 Анализ условий поражения человека электрическим током

Наиболее типичны два случая замыкания цепи тока через тело человека: когда человек касается одновременно двух проводов и когда он касается лишь одного провода. Во втором случае предполагается наличие электрической связи между сетью и землёй (несовершенство изоляции проводов относительно земли, замыкание провода на землю в результате какой-либо неисправности и др.). Применительно к сетям переменного тока первую схему обычно называют двухфазным прикосновением, а вторую - однофазным [23].

Двухфазное прикосновение, как правило, более опасно, поскольку к телу человека прикладывается наибольшее в данной сети напряжение - линейное, а ток, проходящий через человека, оказываясь независимым от схемы сети, режима нейтрали и других факторов, имеет наибольшее значение:

I_ч = U_л / R_ч , (6.1)

где U_л- линейное напряжение, т.е. напряжение между фазными проводами сети, В (U_л = 3^. U_ф);

U_ф- фазное напряжение, т.е. напряжение между началом и концом одной обмотки источника тока или между фазным и нулевым проводами сети, В;

R_ч- сопротивление тела человека, Ом.

В сети с линейным напряжением U_л = 380 В (U_ф = 220 В) при сопротивлении тела человека R_ч = 10³ Ом ток через человека будет равен 0,38 А. Этот ток для человека смертельно опасен.

Однофазное прикосновение является, как правило, менее опасным, чем двухфазное, поскольку напряжение, под которым оказывается человек, не превышает фазного, т.е. меньше линейного в 1,73 раза. Оно возникает значительно чаще и является основной схемой, при которой происходит поражение людей током. Сила тока, проходящего через человека, при однофазном включении зависит от режима работы нейтрали.

Нейтраль - это точка соединения обмоток трансформатора или генератора, она бывает двух видов:

а) не присоединённая к заземляющему устройству или присоединённая к нему через аппараты с большим сопротивлением (изолированная нейтраль);

б) непосредственно присоединённая к заземляющему устройству (глухозаземлённая нейтраль).

В сети с заземлённой нейтралью цепь тока, проходящего через человека, включает в себя, кроме сопротивления тела человека (R_ч), ещё и сопротивление его обуви (R_об), сопротивление пола, на котором стоит человек (R_п), а также сопротивление заземления нейтрали источника тока (R_о). При этом все эти сопротивления включены последовательно. Ток, проходящий через человека (I_ч), определяется по формуле:

I_ч = U_ф / ( R_ч + R_об + R_п + R_о ). (6.2)

Если обувь не токопроводящая (резиновые галоши, R_об= 45 кОм), и человек стоит на изолирующем основании (деревянный пол, R_п= 100 кОм), то I_ч= 1,5mА. Этот ток не опасен для человека. Однако в наиболее неблагоприятном случае (токопроводящая обувь - сырая или подбитая металлическими гвоздями и человек стоит на сырой земле или на металлическом полу, т.е. R_об = 0; R_п = 0, а R_о 10 Ом) однофазное включение весьма опасно, т.к. ток, идущий через человека, будет равен 220mА, что является смертельно опасной величиной.

В сети с изолированной нейтралью ток, проходящий через человека в землю, возвращается к источнику тока через изоляцию проводов сети, которая в исправном состоянии обладает большим сопротивлением. Для этого случая ток, проходящий через человека, определяется по формуле:

I_ч = U_ф / [R_ч + R_об + R_п + (R_из/3)], (6.3)

где R_из - сопротивление изоляции одной фазы сети относительно земли, Ом (согласно ПУЭ [23] R_из 0,5 МОм для U_раб 10³ В и R_из 10 МОм для U_раб 10³ В).

В сети с изолированной нейтралью условия безопасности находятся в зависимости от сопротивления изоляции проводов относительно земли. Для нормальных (безаварийных) режимов работы сети даже при наиболее неблагоприятном случае, когда R_об = 0 и R_п =0 ток, проходящий через человека не превышает величины 7 mA, а, если учесть, что R_об = 45 кОм и R_п = 100 кОм, то I_ч = 1,25 mA.

В случае же аварии, когда одна из фаз замкнута на землю, сеть с изолированной нейтралью может оказаться более опасной, т.к. в этом случае напряжение неповреждённой фазы относительно земли может возрасти с фазного до линейного, в то время как в сети с заземлённой нейтралью повышение напряжения может быть незначительным. В аварийной ситуации сила тока, проходящая через человека равна:

I_ч = [U_ф(R_о+ R_з3)]/[( R_ч (R_з+ R_о) + R_о R_з] , (6.4)

или

I_ч = 3U_ф/(R_ч + R_о ), (6.5)

где R_з - сопротивление заземления (в соответствии с ПУЭ оно не должно превышать 4 Ом при U_раб 10³ В);

R_о - сопротивление замыкания.

Выражение (6.4) справедливо для глухозаземлённой нейтрали, а выражение (6.5) - для изолированной нейтрали.

Анализируя различные случаи прикосновения человека к проводам трёхфазных электрических сетей, можно сделать следующие выводы:

1) наименее опасным является однофазное прикосновение к проводу исправной сети с изолированной нейтралью;

2) при замыкании одной из фаз на землю сеть с изолированной нейтралью становится более опасной, чем с заземленной;

3) наиболее опасным является двухфазное прикосновение при любом режиме работы нейтрали.

Режим нейтрали трёхфазной сети выбирается по технологическим требованиям и по условиям безопасности. Согласно ПУЭ [23], при напряжении выше 1000 В применяются две схемы: трёхпроводные сети с изолированной нейтралью и трёхпроводные сети с эффективно заземлённой нейтралью, а при напряжении до 1000 В применяются трёхпроводные сети с изолированной нейтралью и четырёхпроводные сети с глухозаземлённой нейтралью.

Одним из наиболее часто встречающихся видов поражения электрическим током при однофазном включении является одновременное прикосновение человека к проводу или элементу конструкции, находящемуся под напряжением, и заземляющему элементу. В этом случае человек попадает под напряжение прикосновения (U_пр).

Напряжение прикосновения - это разность потенциалов между точкой электроустановки, которой касается человек (_з) и точкой грунта, на которой он стоит (_а). Напряжение прикосновения рассчитывается по формуле:

U_пр = _з - _а. (6.6)

При удалении человека от заземлителя на 20 м и более U_пр будет максимальным и численно равно потенциалу заземлителя. Если же человек стоит непосредственно над заземлителем, то U_пр = 0. Это самый безопасный случай.

Замыкание на землю существенным образом изменяет и напряжение токоведущих частей установки относительно земли и заземлённых конструкций или частей установки. Замыкание на землю всегда сопровождается растеканием тока в грунте, что приводит к возникновению нового вида поражения человека, а именно попадание под напряжение прикосновения (U_пр) и напряжение шага (U_ш).

Напряжением шага называется напряжение между точками земли, обусловленное растеканием тока замыкания на землю при одновременном касании их ногами человека. Напряжение шага рассчитывается по формуле:

U_ш = (I_за)/[2х(х+а)], (6.7)

где I_з - ток замыкания, рассчитывается по формуле:

I_з = U_ф/R_{раст.тока} ; (6.8)

U_ф - фазное напряжение (или напряжение на проводнике), В;

R_{раст.тока} - сопротивление грунта растеканию тока, Ом;

- удельное сопротивление грунта, Омм;

х - расстояние от точки замыкания до ноги человека, м;

а - величина шага, принимается равной 0,7-0,8 м.

Наибольший электрический потенциал будет в месте соприкосновения проводника с землёй. По мере удаления от этого места потенциал поверхности грунта уменьшается и на расстоянии, примерно равном 20 м, может быть принят равным нулю. Ток, обусловленный напряжением прикосновения или шага, равен:

I_ч = U R_ч+ R_об + R_п + R_о , (6.9)

где U - напряжение прикосновения или шаговое напряжение.

Следует отметить, что условия поражения человека напряжением прикосновения и напряжением шага различны, т.к. ток протекает по разным путям: через грудную клетку - от напряжения прикосновения, и по нижней петле - от напряжения шага. Значительные напряжения шага вызывают судорогу в ногах, человек падает, после чего цепь тока замыкается вдоль всего тела человека.

6.3 Предельно допустимые уровни напряжений прикосновения и токов

В соответствии с ГОСТ 12.1.038-82 [28] напряжение прикосновения и токи, протекающие через тело человека при нормальном (не аварийном) режиме работы электроустановки, не должны превышать значений, указанных в табл. 6.1.

Таблица 6.1

Предельно допустимые уровни напряжений прикосновения (U) и токов (I) при нормальном режиме работы электрооборудования

Род тока	U, В	I, мА
	не более
Переменный, 50Гц	2,0	0,3
Переменный, 400Гц	3,0	0,4
Постоянный	8,0	1,0

Напряжения прикосновения и токи приведены при продолжительности воздействия не более 10 мин.

Напряжение прикосновения и токи для лиц, выполняющих работу в условиях высоких температур (выше 25^оС) и влажности (более 75%) должны быть уменьшены в три раза.

Предельно допустимые уровни напряжений прикосновения и токов при аварийном режиме работы производственных электроустановок с напряжением до 1000 В не должны превышать значений указанных в табл. 6.2.

Таблица 6.2

Предельно допустимые уровни напряжений прикосновения и токов при аварийном режиме работы электроустановок

Род тока	U, В	I, мА
	не более
Переменный, 50Гц	36	6
Переменный, 400Гц	36	8
Постоянный	40	15

6.4 Обеспечение электробезопасности

Для предупреждения электротравматизма предусматривают защитные мероприятия двух видов [29]:

от токоведущих частей электроустановок, находящихся под напряжением при нормальном (не аварийном) режиме работы электрооборудования;

нетоковедущих частей оборудования, которые могут оказаться под напряжением при аварийном режиме работы электрооборудования.

К мероприятиям первого вида относятся:

- изоляция токоведущих частей (рабочая, дополнительная, двойная, усиленная) является основным методом защиты. При U_раб 10³В сопротивление изоляции R_из 0,5 МОм ; если U_раб 10³В, R_из 10 МОм;

- применение малых напряжений. Согласно ГОСТ 12.2.007-75 [30] безопасным является переменное напряжение менее 42В и постоянное напряжение величиной менее 110В. В особоопасных помещениях U_без 12В для f =50 Гц;

- укрытие токоведущих частей в сочетании с блокировкой;

- расположение токоведущих частей (проводов) на недоступной для соприкосновения высоте;

- использование специального инструмента;

- организационные мероприятия (вывешивание плакатов, инструктаж, допуск и т.п.).

К мероприятиям второго вида относятся защитное заземление оборудования, зануление и защитное отключение в соответствии с ГОСТ 12.1.030-81 [31]:

- защитное заземление - это преднамеренное электрическое соединение с землёй металлических нетоковедущих частей установок, которые могут оказаться под напряжением. Его назначение: превращение «замыкания на корпус» в «замыкание на землю» с тем, чтобы уменьшить U_пр или U_ш до безопасных величин (выравнивание потенциала). Заземление бывает выносное или сосредоточенное (заземлитель находится за пределами площадки, на которой расположено оборудование) и контурное (одиночные заземлители размещены по контуру площадки, на которой находится электрооборудование). При контурном заземлении достигается максимальная безопасность работающих;

- зануление - преднамеренное электрическое соединение с нулевым защитным проводником металлических нетоковедущих частей установки. Принцип действия защиты занулением заключается в превращении случайного пробоя фазы на корпус в однофазное короткое замыкание (замыкание между фазным и нулевым проводами) с целью создания большого тока, способного обеспечить срабатывание защиты (плавкие предохранители, автоматические выключатели). Назначение заземления нейтрали - снижение до безопасного значения напряжения относительно земли нулевого провода при случайном замыкании фазы на землю;

- защитное отключение - это быстродействующее ( 0,2с) автоматическое отключение электроустановки при пробое фазы на корпус, снижающее сопротивление изоляции фаз относительно земли, при появление в сети более высокого напряжения и возникновении опасности поражения электрическим током.

Задания и порядок их выполнения

Задание №1. Оценить исправность двухфазного и трехфазного электродвигателя.

Порядок выполнения работы

Проверить работу вольтамперметра. Для этого включить прибор в сеть и дать ему прогреться (35 мин). Соединить клеммы друг с другом - при этом на табло должно высветиться малое сопротивление (несколько Ом). При разомкнутых клеммах прибор должен показывать максимальное сопротивление (20 кОм).

Нарисовать на бумаге верхнюю панель двухфазного (трехфазного) электродвигателя и наметить цифрами выходы обмоток. В 2-х фазном двигателе таких выходов четыре, в 3-х фазном - шесть. В обоих двигателях в середине находится вывод, соединенный с корпусом двигателя.

Попеременно переставляя клеммы вольтамперметра по выводам на панели электродвигателя записать показания прибора. Анализируя полученные результаты измерений, найти по минимальным значениям сопротивлений начало и конец первой обмотки, второй (третьей). Если сопротивление между началом и концом обмотки большое, это говорит о том, что обмотка двигателя разорвана, при малом сопротивлении обмотка исправна.

Определить наличие замыкания обмоток на корпус электродвигателя. Для этого одну клемму вольтамперметра присоединить к корпусу электродвигателя (центральный вывод на панели двигателя), а другую к началу или концу обмотки. Если при таком присоединении прибор показывает большое сопротивление, это указывает на отсутствие замыкания обмотки на корпус двигателя. В противном случае - обмотка закорочена на корпус.

Сделать заключение об исправности двигателя: двигатель исправен, если все обмотки не разорваны (малое сопротивление между началом и концом обмотки) и отсутствует замыкание обмоток на корпус (большое сопротивление в системе обмотка-корпус).

Задание №2. Оценить исправность изоляции на 4-х проводниках и сопротивление изоляции 2-х фаз относительно земли в двухпроводной цепи.

Порядок выполнения работы

Установка состоит из панели, на которой находятся восемь гнезд. Каждая пара имитирует сопротивление изоляции проводника. Попеременно вставляя клеммы вольтамперметра в гнезда, записать показания прибора - сопротивление изоляции проводников.

Измерить сопротивление изоляции фазных проводов относительно земли в 2-проводной сети. Для этого одну клемму вольтамперметра установить в гнездо «земля», а вторую, сначала в гнездо верхнего провода, а затем нижнего. Записать показания - сопротивление фаз относительно земли.

Оценить исправность изоляции на 4-х проводниках и изоляции фаз относительно земли (2 замера), путем сравнения полученных сопротивлений с нормативными по ПУЭ[23]: R_из 0,5 МОм при U 1000 В и R_из 10 МОм при U 1000 В.

Задание №3. Оценить степень опасности однофазного включения человека в электрическую сеть с изолированной нейтралью источника питания. Установить исправность электрической сети, в которую включился человек.

Порядок выполнения работы

Подключить стенд к сети и включить тумблеры на передней панели установки. Записать показания миллиамперметра (мА), т.е. величины тока, проходящего через человека, и показания вольтметра, указывающего фазовое напряжение в сети. Оценить степень опасности такого тока для человека.

Рассчитать величину тока, проходящего через человека, при однофазном включении в исправную сеть с изолированной нейтралью источника питания [см. ур-е (6.3)] и в аналогичную сеть, работающую в аварийном режиме [см. ур-е (6.5)]. В расчетах сопротивление человека принять равным 1000 Ом, сопротивление изоляции фаз по ПУЭ [23]: R_из 0,5 МОм при U 1000 В и R_из 10 МОм при U 1000 В.

Полученные значения токов сравнить с измеренной величиной на стенде и сделать вывод об исправности изоляции фаз относительно земли.

Задание №4. Определить на стенде сопротивление системы заземления, состоящей из соединительной полосы и одиночных заземлителей, и вид грунта, в котором эта системы расположена. Рассчитать, какое количество одиночных заземлителей, помещенных в найденный грунт (или иной - по заданию преподавателя), обеспечивают измеренное на стенде сопротивление заземляющей системы в целом.

Порядок выполнения работы

Измерить вольтамперметром сопротивление системы заземления в целом (см. схему не стенде).

Измерить сопротивление грунта, в котором находится эта система. Удельное сопротивление грунта (_гр, Омм) рассчитывается по формуле:

_гр = 2^.Ra, (6.10)

где R - показания прибора;

а - расстояние между стержнями (в расчёте принять 20м).

По табл.6.3 определить природу грунта.

Таблица 6.3

Удельное сопротивление грунта при влажности 10 - 20%

Вид грунта	Песок	Супесок	Чернозём	Суглинок	Глина	Торф
гр, [Ом.м]	700	300	200	100	40	20

Рассчитать сопротивление одиночного заземлителя по данным табл.6.4

Таблица 6.4

Данные для расчёта сопротивления некоторых одиночных заземлителей, Ом.

Тип заземлителя	Формула
Трубчатый или стержневой в грунте	Rз = (гр /2l).{ln(2l /d) +1/2 ln[(4t + l) / (4t - l)]}, d = 0,03 0,05м - диаметр трубы или стержня, l = 2м - длина заземлителя, t = 1,8м - расстояние от поверхности земли до середины заземлителя
Протяженный (труба в грунте)	Rз = (гр /2l) ln (l2/ dt) d = 0,03 0,05м, l = 2м, t = 0,8м

5. Задаваясь количеством одиночных заземлителей найти сопротивление соединительной полосы по формуле (6.11) и коэффициентов экранирования соединительной полосы и одиночных заземлителей по формулам (6.12 и 6.13):

R_п = (_гр /2l_пол)ln(2l_пол² /bh), (6.11)

где l_пол -длина полосы, соединяющей одиночные заземлители (l_пол = 1,05^.d^. (n-1);

d - расстояние между одиночными заземлителями (d = l 2м);

b - ширина полосы (b = 0,05м);

h - глубина залегания полосы (h = 0,8м);

n - число одиночных заземлителей.

_пол = 0,25 + 0,75 e ^{0.25 n} ; (6.12)

= 0,35 + 0,65е ^-0,1n. (6.13)

6. Рассчитать сопротивление заземляющего устройства в целом по формуле:

r_з = 1/(n /R_з + _пол /R_п), (6.14)

и сравнить полученное значение с измеренным на стенде.

7. Если расчетное сопротивление получилось больше измеренного, то количество одиночных заземлителей следует увеличить и расчет повторить.

8. Этот расчет следует проводить до тех пор, пока расчетное сопротивление будет равно измеренному на стенде. Это и будет требуемое количество одиночных заземлителей в общей системе заземления, которое обеспечит исправность системы, размещенной в найденный грунт.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Виды воздействия электрического тока на организм человека.

2. Факторы, оказывающие влияние на степень поражения человека электрическим током.

3. Классификация помещений по степени возможного поражения электрическим током, их характеристика и назначение.

4. Оценка степени опасности включения человека в исправную электрическую цепь.

5. Оценка степени опасности включения человека в неисправную электрическую цепь.

6. Зона растекания тока. Шаговое напряжение и напряжение прикосновения.

7. Мероприятия по предупреждению поражения током от токоведущих частей электроустановок.

8. Мероприятия по предупреждению поражения током от частей электроустановок, оказавшихся под напряжением при аварийном режиме работы электрооборудования.

9. Средства индивидуальной защиты и оказания первой помощи при электропоражениях.

7. ЗАЧЕТНАЯ РАБОТА К ЛАБОРАТОРНОМУ ПРАКТИКУМУ ПО КУРСУ БЖД

Цель работы: закрепление знаний, полученных по курсу БЖД, на примере оценки конкретной аварийной ситуации и разработки мероприятий по ее предотвращению.

Задание: оценить степень опасности аварийной ситуации в производственном помещении, в котором в воздух помещения объемом V (м³) поступило G (кг) токсичного вещества N (см. табл. 7.1).

1. Оценить уровень загрязнения воздуха рабочей зоны при аварии и величину риска отравления людей токсичным веществом

1.1. Описать физико-химические и токсикологические свойства вещества: формулу, агрегатное состояние, характер воздействия вещества на человека, класс токсичности и т.д.[15,7,11].

1.2. Привести количественные показатели, характеризующие степень токсичности вещества: ПДК_р.з, концентрации, вызывающие острые отравления, ЛК₅₀, ЛД₅₀ и т.д. [15,7,11].

1.3. Рассчитать концентрацию вещества в воздухе помещения на момент аварии (см. прил. 7.1).

1.4. Сравнить расчетную концентрацию с ПДК_р.з, концентрацией, вызывающей острые отравления, ЛК₅₀ и оценить величину риска отравления людей, находящихся на момент аварии в помещении.

2. Оценить степень опасности возникновения пожара (взрыва) при аварии

2.1.Установить группу горючести вещества [21].

2.2.Для горючего вещества привести показатели, характеризующие степень его горючести [22].

2.3.Оценить степень взрывопожароопасности вещества с учетом показателей взрывопожароопасности и агрегатного состояния (см. прил.7.2).

2.4.Найти объемную концентрацию вещества в воздухе рабочего помещения для газов и паров, а для пылей - весовую (см. прил.7.3).

2.5.Сравнить полученную концентрацию с нижним концентрационным пределом распространения пламени и оценить возможность взрыва или пожара при наличии источника зажигания.

2.6.Указать, что может воспламенить взрывоопасную смесь.

3. Разработать комплекс профилактических мероприятий для снижения вероятности реализации аналогичных ситуаций

С этой целью необходимо:

3.1.Указать мероприятия, с помощью которых сводится к минимуму вероятность поступления токсичного вещества в воздух помещения [15,8,10].

3.2. Привести методы контроля содержания веществ в воздухе помещений и периодичность контроля [15,6,32].

3.3. Указать вид и(или) марку противогаза (респиратора), окраску фильтрующей коробки [15, 33].

3.4. Назначить класс зоны взрывопожароопасности по ПУЭ.

3.5. Установить категорию и группу смеси вещества N с воздухом по взрывопожароопасности.

3.6. Указать требования к выбору электрооборудования, которое эксплуатируется в этой зоне. Привести пример маркировки взрывозащищенного электрооборудования.

3.7. Установить категорию помещения по взрывопожароопасности по НПБ 105-95 [27]. Указания по установлению категории даны в разделе 5.7.

3.8. На основании установленной категории помещения назначить конструктивные решения, предупреждающие распространения пламени при его возникновении, указать требования к путям эвакуации людей при пожаре.

3.9. Определить безопасное суточное количество вещества, которое можно использовать в данном помещении, не опасаясь образования взрывоопасной смеси при аварии (см. прил. 7.4).

3.10.Установить группу вещества N по условиям хранения и указать, с веществами какой группы не допускается совместное хранение этого вещества [10].

3.11.Указать, какие средства пожаротушения следует предусматривать при работе с веществом [22].

Таблица 7.1

Варианты заданий к зачетной работе

N п/п	Вещество	Количество вещества, кг/сутки	Объем аппарата, м3	Давление в аппарате Р, атм	Скорость испарения, г/м2с	Размер помещения, м3
1	Аммиак, акрилонитрил, алюминий (пыль)	2	10	2	0,5	1266
2	Ацетилен, анилин, антрацен (пыль)	5	7	3	0,7	1669
3	Винилхлорид, ацетон, графит (пыль)	5	5	1	1,2	24126
4	Бутан, бензин А95, бумага (пыль)	1	3	5	0,9	16126
5	Этилен, бензол, ванадий (пыль)	3	8	10	0,8	24129
6	Циклобутан, бутилацетат, древесная пыль,	2	10	2	1,0	12126
7	Цианистый водород, гексан, железо (пыль)	2	2	3	1,1	24126
8	Хлорэтан, дибутилфталат, дифениламин (пыль)	2	3	5	1,3	2466
9	Формальдегид, дихлорэтан, кадмий (пыль)	2	15	7	1,5	241212
10	Оксид углерода, диэтиловый эфир, камфора (пыль)	2	1	3	0,4	24126

11	Трифторэтан (хладон 143), изопропиловый спирт, крахмал (пыль)	3	2	4	0,8	24129
12	Диметаламин, керосин осветительный, кремний (пыль)	3	4	5	0,6	1266
13	Сероводород, ксилол, марганец (пыль)	2	9	10	0,3	24126
14	Сероуглерод, метиловый спирт, цинк (пыль)	3	7	7	1,1	24129
15	Силан, фуран, хлопок (пыль)	4	6	2	1,5	2466
16	Мышьяковистый водород, формамид, фосфор желтый (пыль)	2	2	3	1,2	1266
17	Пропилен, уксусная кислота, фенол (пары)	2	2	5	0,8	2466
18	Эпоксиэтан, уайт-спирит, торф (пыль)	2	3	7	0,9	1266
19	Метилмеркаптан, толуол, титан (пыль)	1,5	5	2	0,7	24126
20	Хлорметанонитрил, тетраэтилсвинец, терефталевая кислота (пыль)	2	6	3	0,5	18126

ПРИЛОЖЕНИЕ

к зачетной работе

Расчет концентрации токсичного вещества в воздухе помещения при аварии

Для газообразных веществ концентрацию (С_г) находят по формуле:

С_г = [V_aP_a М(273+t)10⁶]/(V_св 22,4 273К_н) мг/м³, (7.1)

где V_a и P_a - соответственно объем (м³) и давление (атм) в аппарате, где находилось газообразное вещество до аварии;

t - температура воздуха в помещении, ^оС;

V_св - свободный объем помещения, м³. Рассчитывается по формуле:

V_св = 0,8V_геом.

М - молекулярная масса вещества;

К_н - коэффициент негерметичности помещения, К_н 3.

Для жидкостей концентрацию (С_ж) находят по формуле:

С_ж = (G_ж10³)/(V_свК_н) мг/м³, (7.2)

где G_ж - количество паров жидкости, которое поступило в воздух помещения при аварии в течение часа (г/час):

G_ж = L_жF, (7.3)

где L_ж - скорость испарения жидкости, г/м²с;

F - площадь разлива, м² (1л жидкости при разливе занимает площадь 1 м²);

- время испарения. Так как последствия аварии обычно ликвидируются в течение часа, то 1 час.

Для жидкостей, для которых отсутствуют сведения о скорости испарения, и для аэрозолей (пылей) концентрацию рассчитывают по формуле:

С_{аэр(жидк)} = (G_а10⁶)/(V_свК_н) мг/м³, (7.4)

где G_а - количество пыли (жидкости), попавшее в воздух помещения при аварии, кг/час.

Оценка степени взрывопожароопасности горючих веществ и материалов

Степень взрывопожароопасности зависит от природы вещества и агрегатного состояния.

Все смеси горючих газов с воздухом взрывопожароопасны, но смеси с нижним концентрационным пределом распространения пламени менее 10 об.% - особо опасны, а более 10 об.% - опасны.

Жидкости с температурой вспышки (t_всп) менее 61^оС (ЛВЖ) - взрывопожароопасны, причем ЛВЖ:

с t_всп -18^оС - особо опасные;

-18 t_всп 23^оС - постоянно опасные;

23 t_всп 61^оС - опасные при повышенной температуре окружающей среды.

Горючие жидкости (ГЖ) с t_всп 61^оС - пожароопасны.

Аэрозоли (смесь пыли с воздухом) с нижним концентрационным распространения пламени _н менее 15 г/м³ - особо взрывоопасны;

15 _н 65 г/м³ - взрывопожароопасны;

_н 65 г/м³ - пожароопасны.

Твердые горючие вещества, не образующие аэрозолей, пожароопасны.

Вещества, для которых отсутствуют количественные показатели взрывопожароопасности в литературе [22] относятся к негорючим веществам.

Определение взрывопожароопасной концентрации вещества в воздухе при аварии

Определение взрывопожароопасной концентрации вещества в воздухе помещений на момент аварии находят по формуле:

для горючего газа

С_гг = (V_aP_a100)/(V_свК_н) об.%, (7.5)

для ЛВЖ

С_лвж = [G_лвж10^-322,4(273+t)100]/(M273V_свК_н) об.%, (7.6)

для взрывопожароопасных аэрозолей:

С_гп = (G_а10³)/(V_свК_н) г/м³. (7.7)

Для пожароопасных и негорючих веществ расчеты концентраций по взрывопожароопасности не проводят.

Для взрывопожароопасных веществ (горючих газов, ЛВЖ и аэрозолей с _н 65 г/м³) для определения категории помещения по взрывопожароопасности находят избыточное давление взрыва (Р_изб, кПа), которое может возникнуть в результате взрыва смеси вышеуказанных веществ с воздухом при аварии. Расчет Р_изб для горючих газов и паров ЛВЖ проводят по формуле:

DP_изб = [(P_max - Р_о)G Z100]/(V_своб r_г,п C_ст K_н) (7.8)

а для горючих пылей по формуле:

DP_изб = (GH_TP_oZ)/(V_своб r_вс_рТ_оК_н) (7.9)

где P_max - максимальное давление взрыва стехиометрической газо- или паровоздушной смеси [22]. При отсутствии в литературе [22] значений P_max допускается принимать P_max= 800 кПа;

- Р_о - начальное давление = 101 кПа;

- G - масса горючего газа, паров ЛВЖ или взрывоопасной пыли, попавших в воздух помещения в результате аварии, кг;

H_T - теплота сгорания пыли, Дж/кг;

- Z - коэффициент участия во взрыве, который рассчитывается на основе характеристик распределения газа в помещении или принимается по таблице 7.2;

V_своб - свободный объем помещения, м³ (принимают равным 80% от геометрического объема);

...