Категории:

Астрономия
Биология
География
Другие языки
Интернет
Информатика
История
Культура
Литература
Логика
Математика
Медицина
Механика
Охрана труда
Педагогика
Политика
Право
Психология
Религия
Риторика
Социология
Спорт
Строительство
Технология
Транспорт
Физика
Философия
Финансы
Химия
Экология
Экономика
Электроника

I – защищаемый объект, II – место установки молниеотвода

СОДЕРЖАНИЕ

 

1. Задача 1 .............................................................................................. 3

2. .................................................................................................. Задача 2 11

3. .................................................................................................. Задача 3 15

4. .................................................................................................. Задача 4 17

Список литературы................................................................................ 21

 

 


1. Задача 1 (В4)

Определить величину тока Ih, который пройдет через тело человека, и величину напряжения прикосновения Uпр, при следующих случаях включения человека в 3-хфазную электрическую сеть.

Исходные данные: Uф = 127 В, Rh = 1,1 кОм, R0 = 4 Ом

Случай 1. Сеть с глухозаземленной нейтралью, двухфазное прикосновение (табл. 1.2, схема 1).

Варианты заданий - в табл. 1.1., расчетные формулы в - табл. 1.2. Сравнить полученные значения Ih и Uпр с допустимыми (табл. 1.3). Дать оценку характера воздействия тока, пользуясь табл. 1.4.

Случай 2. Сеть с глухозаземленной нейтралью, однофазное прикосновение, режим работы сети – нормальный (табл. 1.2, схема 2).

Сравнить полученные значения Ih и Uпр с допустимыми (табл. 1.3). Дать оценку характера воздействия тока, пользуясь табл. 1.4.

Случай 3. Сеть с глухозаземленной нейтралью, однофазное прикосновение, режим работы сети – аварийный (табл. 1.2, схема 3).

Расчет выполнить для двух вариантов:

Вариант 1. Rзм = 0, а R0 = 4 Ом;

Вариант 2. Rзм = 100; 50; 4; 0,5, а R0 = 4 Ом;

Случай 4. Сеть с изолированной нейтралью, однофазное прикосновение, режим работы сети – нормальный (табл. 1.2, схема 4).

Расчет выполнить для двух вариантов:

Вариант 1. Сеть воздушная, короткая:

СА = СВ = СС = 0 и RА = RВ = RС = RИЗ

Сопротивление изоляции: RИЗ = 3; 5; 10; 20; 40; 60 кОм

Построить график зависимости Ih = f(Rиз)

Вариант 2. Сеть кабельная длинная:

СА = СВ = СС = СИЗ и RА = RВ = RС = ¥

Емкости присваиваются значения: СИЗ = 0,03; 0,05; 0,1; 0,3; 0,6; 1,2 мкФ

Построить график зависимости Ih = f(Сиз)

В обоих вариантах сравнить полученные значения Ih и Uпр с допустимыми (табл. 1.3). Дать оценку характера воздействия тока, пользуясь табл. 1.4.

Случай 5. Сеть с изолированной нейтралью, однофазное прикосновение, режим работы сети – аварийный (табл. 1.2, схема 5).

Сопротивление замыкания провода на землю, последовательно принимает значения: RИЗ = 100; 50; 4; 0,5; 0 Ом.

Построить график зависимости Ih = f(Rзм)

Сравнить полученные значения Ih и Uпр с допустимыми (табл. 1.3). Дать оценку характера воздействия тока, пользуясь табл. 1.4.

РЕШЕНИЕ:

Случай 1. Сеть с глухозаземленной нейтралью, двухфазное прикосновение

Определяем величину тока Ih, который пройдет через тело человека, и величину напряжения прикосновения Uпр:

Сравним полученные значения Ih и Uпр с допустимыми (табл. 1.3):

Uпр.доп = 2 (В) < Uпр = 219 (В)

Ih.доп = 0,3 (мА) < Ih = 199 (мА)

Дадим оценку характера воздействия тока, пользуясь табл. 1.4: дыхание прекращается при действии тока более 2 с, ток и напряжение не совместимы с жизнью.

Случай 2. Сеть с глухозаземленной нейтралью, однофазное прикосновение, режим работы сети – нормальный (табл. 1.2, схема 2).

Определяем величину тока Ih, который пройдет через тело человека, и величину напряжения прикосновения Uпр:

Сравним полученные значения Ih и Uпр с допустимыми (табл. 1.3):

Uпр.доп = 2 (В) < Uпр = 126,5 (В)

Ih.доп = 0,3 (мА) < Ih = 115 (мА)

Дадим оценку характера воздействия тока, пользуясь табл. 1.4: дыхание прекращается при действии тока более 2 с, ток и напряжение не совместимы с жизнью.

Случай 3. Сеть с глухозаземленной нейтралью, однофазное прикосновение, режим работы сети – аварийный (табл. 1.2, схема 3).

Расчет выполняем для двух вариантов:

Вариант 1. Rзм = 0, а R0 = 4 Ом, тогда:

Сравним полученные значения Ih и Uпр с допустимыми (табл. 1.3):

Uпр.доп = 60 (В) < Uпр = 220 (В)

Ih.доп = 50 (мА) < Ih = 200 (мА)

Дадим оценку характера воздействия тока, пользуясь табл. 1.4: дыхание прекращается при действии тока более 2 с, ток и напряжение не совместимы с жизнью.

Вариант 2. Rзм = 100; 50; 4; 0,5, а R0 = 4 Ом, тогда:

Во всех случаях ток не совместим с жизнью человека.

Построим график зависимости Ih = f(Rзм):

Рис. 1. График зависимости Ih = f(Rзм)

 

Как видно из графика аварийное однофазное прикосновение в сети с глухозаземленной нейтралью смертельно в любом случае (Ih > 100 А).

Случай 4. Сеть с изолированной нейтралью, однофазное прикосновение, режим работы сети – нормальный (табл. 1.2, схема 4).

Расчет выполнить для двух вариантов:

Вариант 1. Сеть воздушная, короткая:

СА = СВ = СС = 0 и RА = RВ = RС = RИЗ

Сопротивление изоляции: RИЗ = 3; 5; 10; 20; 40; 60 кОм

тогда для Rиз = 3 Ом:

Ih = Uф / (Rh+Rиз/3) = 127 / (1100 + 3000/3) = 0,0605 A = 60,5 мА

Uпр = IhRh = 0,0605 1100 = 66,52 В

Аналогично для

Rиз = 5 Ом: Ih = 0,0459 A = 45,9 мА, Uпр = 50,49 В

Rиз = 10 Ом: Ih = 0,0286 A = 28,6 мА, Uпр = 31,51 В

Rиз = 20 Ом: Ih = 0,0164 A = 16,4 мА, Uпр = 17,99 В

Rиз = 40 Ом: Ih = 0,0088 A = 8,8 мА, Uпр = 9,68 В

Rиз = 60 Ом: Ih = 0,0060 A = 6,0 мА, Uпр = 6,62 В

Построим график зависимости Ih = f(Rиз):

Рис. 2. График зависимости Ih = f(Rиз)

 

График показывает, что с увеличением сопротивления изоляции сила тока, проходящая через тело человека, сокращается.

Сравним полученные значения Ih и Uпр с допустимыми (табл. 1.3):

Rиз = 5 Ом:

Uпр.доп = 2 (В) < Uпр = 50,49 (В)

Ih.доп = 0,3 (мА) < Ih = 45,9 (мА)

Дадим оценку характера воздействия тока, пользуясь табл. 1.4: человек испытывает затруднение дыхания, не может оторвать рук от электродов, не может самостоятельно разорвать цепь поражающего его тока. Такой ток называют пороговым неотпускающим.

Rиз = 60 Ом:

Uпр.доп = 2 (В) < Uпр = 6,62 (В)

Ih.доп = 0,3 (мА) < Ih = 6 (мА)

Дадим оценку характера воздействия тока, пользуясь табл. 1.4: руки трудно, но можно оторвать от электродов, сильные боли в пальцах, кистях рук.

Вариант 2. Сеть кабельная длинная:

СА = СВ = СС = СИЗ и RА = RВ = RС = ¥

Емкости присваиваются значения: СИЗ = 0,03; 0,05; 0,1; 0,3; 0,6; 1,2 мкФ

тогда для Сиз = 0,03 мкФ:

аналогично для

Сиз = 0,05 мкФ: Ih = 0,006 (А) = 6 (мА); Uпр = 6,57 (В)

Сиз = 0,1 мкФ: Ih = 0,0119 (А) = 11,9 (мА); Uпр = 13,09 (В)

Сиз = 0,3 мкФ: Ih = 0,0343 (А) = 34,3 (мА); Uпр = 37,7 (В)

Сиз = 0,6 мкФ: Ih = 0,061 (А) = 61 (мА); Uпр = 67,06 (В)

Сиз = 1,2 мкФ: Ih = 0,09 (А) = 90 (мА); Uпр = 98,97 (В)

Построим график зависимости Ih = f(Сиз):

Рис. 3. График зависимости Ih = f(Сиз)

 

График показывает, что с увеличением Сиз сила тока, проходящая через тело человека, растет.

Сравним полученные значения Ih и Uпр с допустимыми (табл. 1.3):

Сиз = 0,05 мкФ:

Uпр.доп = 2 (В) < Uпр = 6,57 (В)

Ih.доп = 0,3 (мА) < Ih = 6,0 (мА)

Дадим оценку характера воздействия тока, пользуясь табл. 1.4: руки трудно, но можно оторвать от электродов, сильные боли в пальцах, кистях рук.

Сиз = 1,2 мкФ:

Uпр.доп = 2 (В) < Uпр = 98,97 (В)

Ih.доп = 0,3 (мА) < Ih = 90,0 (мА)

Дадим оценку характера воздействия тока, пользуясь табл. 1.4: можно считать, что в данном случае дыхание прекращается при действии тока более 2 с, ток и напряжение не совместимы с жизнью.

Случай 5. Сеть с изолированной нейтралью, однофазное прикосновение, режим работы сети – аварийный (табл. 1.2, схема 5).

Сопротивление замыкания провода на землю, последовательно принимает значения: Rзм = 100; 50; 4; 0,5; 0 Ом, тогда для Rзм = 100 Ом:

аналогично для

Rзм = 50 Ом:

Rзм = 4 Ом:

Rзм = 0,5 Ом:

Rзм = 0 Ом:

Сравним полученные значения Ih и Uпр с допустимыми (табл. 1.3):

Rзм = 50 Ом:

Uпр.доп = 60 (В) < Uпр = 210,4 (В)

Ih.доп = 50 (мА) < Ih = 191,3 (мА)

Дадим оценку характера воздействия тока, пользуясь табл. 1.4: в данном случае дыхание прекращается при действии тока более 2 с, ток и напряжение не совместимы с жизнью.

Rзм = 0 Ом:

Uпр.доп = 60 (В) < Uпр = 220 (В)

Ih.доп = 50 (мА) < Ih = 200 (мА)

Дадим оценку характера воздействия тока, пользуясь табл. 1.4: ток и напряжение не совместимы с жизнью.

Построим график зависимости Ih = f(Rзм)

Рис. 4. График зависимости Ih = f(Rзм)

 

2. Задача 2 (В4)

Рассчитать виброизоляцию электродвигателя массой Q, кг, с частотой вращения n, об/мин, для двух случаев:

1) фундамент изолирован от элекгродвигателя 4-мя резиновыми виброизоляторами, изготовленными из резины марки М:

2) фундамент изолирован от электродвигателя 4-мя металлическими пружинами.

Виброизоляторы расположены по углам опорной рамы, на которой установлен электродвигатель.

Сравнить эффективность рассчитанных виброизоляторов.

Исходные данные:

– масса электродвигателя – Q = 360 кг;

– число оборотов вала ЭД – n = 1300 об/мин;

РЕШЕНИЕ:

I. Резиновые виброизоляторы:

1). Находим площадь поверхности всех амортизаторов S, см2:

S = Q / = 360 / 3 = 120 см2

где Q – масса электродвигателя, кг;

– расчетное напряжение в резине, 2-4 кг/см2;

2). Площадь поверхности оного виброизолятора, Sв, см2:

Sв = S / nв = 120 / 4 = 40 см2

где nв – число виброизоляторов;

Принимаем сечение виброизолятора – квадрат со стороной:

3). Находим частоту вынужденных колебаний, создаваемых электродвигателем f, Гц:

f = n / 60 = 1300 / 60 = 21,7 (Гц)

где n – число оборотов вала ЭД, об/мин;

4). Определяем частоту собственных колебаний электродвигателя f0, Гц:

f0 £ f / 3 = 21,7 / 3 = 7,23 принимаем 7 (Гц)

5). Находим суммарную жесткость виброизоляторов, kc, кг/см:

kс = 4p2f02Q/g = 4 3,142 72 360 / 981 = 709,16 кг/см

где g = 981 см/с2

6). Расчетная высота виброизоляторов (высота деформируемой части) Нр, см, составит:

Нр = EdS / kc = 38 120 / 709,16 = 6,43 (см)

где Ed – динамический модуль упругости резины, принимаем 38 кг/см2, резина марки 2566;

7). Находим полную высоту виброизоляторов, Н, см:

Н = Нр + d/8 = 6,43 + 6,5/8 = 7,25 (см)

Резиновые виброизоляторы сохраняют устойчивость от опрокидывания при эксплуатации при условии 1,5Нр £ d £ 8Нр:

1,5 6,43 = 9,65 > 6,5 < 8 6,43 = 51,44 – условие не выполняется

Меняем резину на 9831 с динамическим модулем упругости равным 16,6 кг/см2. Тогда:

Нр = EdS / kc = 16,6 120 / 709,16 = 2,8 (см)

Н = Нр + d/8 = 2,8 + 6,5/8 = 3,6 (см)

1,5 2,8 = 4,2 < 6,5 < 8 2,8 = 22,4 – условие выполняется

8). Определяем фактическую жесткость принятых резиновых виброизоляторов k, кг/см:

k = ES / H = 16,6 120 / 3,6 = 554 кг/см

9). Определяем фактическую частоту собственных колебаний электродвигателя f0, Гц:

10). Определяем коэффициент передачи резиновых виброизоляторов по формуле:

mр = 1 / ((f/f0)2 – 1) = 1 / ((21,7/6,19)2 – 1) = 1/11

Виброизолирующая способность резиновых амортизаторов с m = 1/5-1/20 считается хорошей, т.е. виброизоляторы поглощают энергию вибрации в пределах 80-95%.

II. Пружинные виброизоляторы:

1). Зададимся статической осадкой пружинных виброизоляторов под действием веса электродвигателя lст = 0,5-0,8 см;

2). Зная lст находим требуемую суммарную жесткость пружинных виброизоляторов kc, кг/см:

kc = Q / lст = 360/0,7 = 515 кг/см

3). Определяем жесткость одной пружины kп, кг/см, при заданном числе пружин nп = 4: kп = kc / 4 = 129 кг/см

4). Находим расчетную нагрузку на одну пружину, Р, кг:

Р = Q / nп = 360/4 = 90 кг

5). Определяем диаметр проволоки для изготовления пружины d, см:

где N – коэффициент, учитывающий кривизну пружины, он зависит от индекса пружины С = D/d, принимаем С = 7, кривизна N = 1,2;

[] – допускаемое напряжение на срез = 3-4,5103 кг/см2

6). Диаметр пружины:

D = C d = 7 0,57 = 4 (см)

7). Число рабочих витков пружины:

i1 = d / 8kп­C3 = 81050,57 / 812973 = 1,3

где – модуль упругости на сдвиг ( = 8105 кг/см2)

8). Число нерабочих витков при i1 < 7 принимают i2 = 1,5:

i = i1 + i2 = 1,3 + 1,5 = 2,8 шт.

9). Определяем высоту ненагруженной пружины, Н0, см:

Н0 = i1h1 + (i2 + 0,5)d = i10,5D + (i2 + 0,5)d =

= 1,30,54 + (1,5 + 0,5)0,57 = 3,74 (см)

10). Для обеспечения устойчивости пружины на сжатие необходимо, чтобы выполнялось условие H0/D £ 1,5. Проверяем 3,74/4 = 0,935<1,5 – условие выполняется.

11). Определяем частоту собственных колебаний пружин:

12). Определяем коэффициент передачи пружинных виброизоляторов:

mр = 1 / ((f/f0)2 – 1) = 1 / ((21,7/5,77)2 – 1) = 1/13

Виброизолирующая способность резиновых амортизаторов с m = 1/5-1/20 считается хорошей, т.е. виброизоляторы поглощают энергию вибрации в пределах 80-95%.

В нашем случае пружинные виброизоляторы поглощают 92,3% энергии вибрации, что выше, чем в случае с резиновыми виброизоляторами.

 

3. Задача 3 (В4)

Рассчитать зону защиты отдельно стоящего стержневого молниеотвода для защиты здания от прямых ударов молнии.

Исходные данные: наружные размеры здания: ширина S = 9 м, длина L = 16 м, высота hх = 5 м, расстояние между зданием и молниеотводом l = 3,5, категория производства по степени пожарной опасности, класс опасных зон по пожаро- и взрывоопасности – П-I, интенсивность грозовой деятельности 55 ч/год.

РЕШЕНИЕ:

1). Определяем ожидаемое количество ударов молний в год здания, не оборудованного молниезащитой, по формуле:

N = (S + 6hx)(L + 6hx) n 10-6 =

= (9 + 65)(16 + 65) 6 10-6 = 510 10-6

где S, L – соответственно ширина и длина здания, имеющего в плане прямоугольную форму, м.

hx высота здания по его боковым сторонам, м;

n – среднегодовое число ударов молний на 1 км2 земной поверхности в районе расположения здания, выбираемое в зависимости от интенсивности грозовой деятельности, при 55 ч/год – n = 6;

2). По приложению 1 по N и исходным данным табл.3.1 определяем тип зоны защиты здания (А или Б) и категорию молниезащиты (I, II или III):

Зона Б, категория молниезащиты III

3). Записываем геометрические размеры выбранной зоны защиты:

h0 = 0,92h

r0 = 1,5h

rx = 1,5(h – hx/0,92) или

где h0 – высота конуса зоны защиты, м;

h – высота стержневого молниеотвода, м;

r0 – радиус зоны защиты на уровне земли, м;

rx – радиус зоны защиты на высоте защищаемого объекта, м;

hx – высота защищаемого объекта, м.

Тогда:

h = (rx + 1,63hx) / 1,5 = (13,3 + 1,63 5) / 1,5 = 14,3 (м)

h0 = 0,92 h = 0,92 14,3 = 13,2 (м)

r0 = 1,5 h = 1,5 14,3 = 21,5 (м)

4). Строим на схеме зону защиты (вид сбоку) и проверяем вписываемость здания в зону защиты по высоте:

 

Рис. 5. Схема зоны защиты

I – защищаемый объект, II – место установки молниеотвода

4. Задача 4 (В4)

Рассчитать освещение горизонтальной рабочей поверхности производственного помещения методом коэффициента использования светового потока.

Исходные данные:

a,м b,м h,м hр.п. Ен, лк Тип светильника rп,% rс,% rрп,% k
3,8 0,6 ЛДОР 1,7

 

РЕШЕНИЕ:

1). Для заданного светильника по типу кривой силы света (КСС) опреде­лим l. Светильник ЛДОР имеет в поперечный плоскости кривую светораспределения типа Д, т.е. косинусное распределение. В этом случае l = 1,4.

Дополнительные данные для ЛДОР: число ламп в светильнике – 2, мощность лампы 40/80 Вт, длина светильника 1,24/1,54 м, высота свеса hс = 0,4 м, косинусная (Д).

2). Определить расчетную высоту подвеса светильника hр, м:

hр = h – hc – hр.п. = 4,2 – 0,4 – 0,6 = 3,2 (м)

где h – высота помещения, м;

hс – высота свеса, м;

hрп – высота рабочей поверхности, м;

3). Определим расстояние между рядами светильников L, м:

L = hp l = 3,2 1,4 = 4,5 (м)

4). Определим число рядов светильников m:

m = b / L = 20/4,5 = 4,44 принимаем 5 рядов

5). Определим расстояние от крайнего ряда светильников до стены l, м:

l = (b – L(m-1))/2 = (20 – 4,5 (5 – 1))/2 = 1 (м)

6). Определим индекс помещения, i:

i = ab/hp(a+b) = 4020 / 3,2(40+20) = 4,16

7). По таблице 4.3 интерполированием находим коэффициент использования светового потока h,% в зависимости от i: h = 61%

8). Определим потребный световой поток ламп в каждом из рядов светильников, F1, лм:

где Ен – нормируемая минимальная освещенность, принимаемая по СНиП 23-05-95, лк;

А – площадь освещаемого помещения (а b), м2;

Z – коэффициент минимальной освещенности (Z = 1,1-1,15).

k – коэффициент запаса, зависящий от вида технологического процесса и типа принимаемых источников света, обычно k = 1,3-1,8.

9). По табл. 4.4 в зависимости от мощности лампы в светильнике определим световой поток выбранной лампы F1 и рассчитаем количество светильников в ряду N1 (светильники типа ЛДОР выпускаются с двумя лампами 40 и 80 Вт (табл. 4.2):

а) Если взять светильники с двумя лампами по 40 Вт и потоком Fл = 3000 лм каждая, то необходимое число светильников в ряду составит:

N1 = F1/Fлn = 73573/30002 = 12,26 принимаем 12

б) Если взять светильники с двумя лампами по 80 Вт и потоком Fл = 5220 лм каждая, то необходимое число светильников в ряду составит:

N2 = F1/Fлn = 73573/52202 = 7

10). Распределяем светильники в ряду, зная их количество N1, длину светильника l1 и длину помещения а (для ламп различной мощности).

а) Для ламп мощностью P1 = 40 Вт и длине светильника l1 = 1,24 м (табл.4.2) общая длина светильников составит:

L1 = l1N1 = 1,24 12 = 14,88 м » 15 м.

При длине помещения а = 40 м примем расстояние между светильниками 2,2 м и от крайних светильников до стен – 1 м, тогда:

15 + 2,09 11 + 12 = 40 м.

б) Для ламп мощностью Р1 = 80 Вт и длине светильника l2 = 1,54 м общая длина светильников составит:

L2 = 71,54 = 11 м.

L2 = 11 + 4,53 6 + 12 = 40 м.

11). Определяем суммарную мощность ламп осветительной установки Р, Вт:

а). для ламп мощностью Р1 = 40 Вт:

Р = m N1 n P1 = 5 12 2 40 = 4800 Вт

б). для ламп мощностью Р1 = 80 Вт:

Р = m N2 n P2 = 5 7 2 80 = 5600 Вт

12). Установка с лампами по 40 Вт предпочтительнее из-за меньшей электрической мощности Р1 < Р2 и более равномерного распределения светового потока по освещаемой поверхности.

13). Составим схему размещения светильников в помещении согласно выбранному варианту:

Рис. 6. Схема размещения светильников в помещении

 

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

 

1. Безопасность жизнедеятельности: Учебник для вузов – 3-е изд. испр. и доп., Белова С.В., Издательство: «Высшая Школа», 2001. – 484 с.

2. Виноградов Б.В. Безопасность труда и производственная санитария в машиностроении. Сб. расчетов. – М.: Машиностроение, 1963. – 246 с.

3. Щербакова, Е.В. Безопасность жизнедеятельности. Примеры и задачи: учебное пособие / Е.В. Щербакова. – Орел: ОрелГТУ, 2006. – 206 с.

4. Безопасность жизнедеятельности в примерах и задачах: Учеб.пособие: Ч.4. Голотин Г.И.. – Челябинск: Изд-во ЧГТУ. – 1997. – 45 с.