Характеристики теплового расцепителя

Значения сопротивлений в цепи тока короткого замыкания

Вариант	RФ,Ом	RН,Ом	ZТ/3,Ом
а	0,56	0,97	0,22
б	0,87	0,43	0,11
в	0,32	0,54	0,18
г	1,03	1,76	0,53
д	0,44	0,75	0,08

R_Ф – сопротивление фазного проводника от источника питания до места замыкания,

R_Н – сопротивление нулевого проводника от источника питания до места замыкания,

Z_Т/3 – сопротивление обмотки источника питания сети.

 

Характеристики теплового расцепителя

	Кратность тока (отношение тока короткого замыкания Iкз к номинальному току расцепителя Iн )
Время срабатывания расцепителя, c		1,8	1,0	0,8	0,5	0,35	0,3	0,25	0,15	0,12	0,09

Указания к решению задачи

Схема для анализа ситуации

При замыкании фазного провода на корпус зануленного прибора ток замыкания протекает по двум ветвям: через нулевой проводник (I_н) и через тело человека, r_фун. и r_о(I_h).

Эквивалентная схема

Сопротивление первой ветви (R_Н) намного меньше, чем сопротивление второй ветви (R_h+r_фун.+r_о), поэтому практически весь ток замыкания пойдет через нулевой провод. Этот ток определяется по формуле:

.

Сопротивления R_ф и R_н очень малы, поэтому ток I_з велик (намного превышает ток потребления приборов, запитанных через расцепитель). Такие большие токи называют токами короткого замыкания и обозначают I_кз.

После определения I_кз можно по характеристикам расцепителя найти время его срабатывания t_ср, а также вычислить падение напряжения на нулевом проводнике U_ао:

.

Ветвь тока, протекающего через тело человека, тоже расположена между точками a и o. Поскольку в этой ветви сопротивление тела человека R_h намного превосходит два остальных сопротивления (r_о и r_фун.), падение напряжения на теле человека U_пр будет практически равно напряжению U_ао, [7 или 8].

.

Задача № 8

Находящийся в командировке сотрудник отдела маркетинга принимал ванну в своем гостиничном номере. Коснувшись рукой крана, он получил электрический удар.

К несчастному случаю привела следующая цепь событий: при последнем ремонте сантехники ванна была заменена, но ремонтники, в нарушение действующих правил, не выполнили металлическую связь между ванной и системой водопровода. В системе канализации здания произошла утечка. Место утечки оказаылось недалеко от заземлителя трансформаторной подстанции. Из-за сильного увлажнения грунта система канализации оказалась под потенциалом , где – потенциал заземленной нейтрали трехфазной вторичной обмотки трансформатора подстанции.

Пользуясь литературой [7 или 8], укажите, какие ощущения будет испытывать человек, принимающий ванну. С помощью ГОСТ 12.1.038-82 оцените степень опасности, которой он подвергается. Что может предпринять пострадавший, если он не в состоянии разжать пальцы руки, обхватившей кран?

Исходные данные

Потенциал нейтрали был повышен вследствие замыкания одного из фазных проводов на металлические конструкции, имеющие связь с землей. Фазное напряжение вторичной обмотки трансформатора подстанции – 220 В. Сопротивление заземления нейтрали (с учетом влияния сопротивления растеканию тока в земле системы канализации r_к ) – 3,2 Ом.

 

Вариант	Rh, Ом	rв, Ом	rкв, Ом	rзм, Ом
а
б				8,7
в
г				9,9
д

 

R_h – сопротивление тела человека,

r_в – сопротивление растеканию тока в земле водопровода,

r_кв – сопротивление электрической связи между краном и ванной,

r_зм – сопротивление растеканию в земле конструкций, на которые произошло замыкание.

Указания к решению задачи

Схема для анализа

 

Прежде всего необходимо найти потенциал нейтрали подстанции. Его величина определяется напряжением сети и сопротивлениями r_о
и r_зм.

Эквивалентная схема для определения j₀

Сначала найдем значения тока замыкания на землю I_З:

,

где Е – фазное напряжение.

Потенциал нейтральной точки определяется по формуле

.

Теперь можно перейти к определению тока через тело человека I_h и напряжения прикосновения U_пр.

Rh

Эквивалентная схема для определения I_h и U_пр.

jк

 

Как видно из схемы, r_к подключено параллельно источнику напряжения, поэтому его величина для последующих вычислений значения не имеет. Вместе с тем следует сказать, что r_к оказывает влияние на уровень .

Поскольку R_h>> r_кв, значение U_пр определяется главным образом параметрами, r_кв и r_в(I_в I_кв):

.

Ток через тело человека:

.

Задача № 9

Возвращаясь домой после презентации нового проекта, офис-ме- неджер сбился с дороги и оказался недалеко от карьера. Обходя лужу, он поднялся на кучу земли и, удерживая равновесие, взялся за провод радиофикации. Провода радиолинии из-за обрыва касались фазного провода линии электропередачи. С помощью ГОСТ 12.1.038-82 оцените опасность ситуации для офис-менеджера. Какие ощущения он испытает? (См. [7 или 8]). Какие способы его освобождения от действия электрического тока Вы можете предложить? Какие технические средства защиты способны в подобной ситуации сохранить жизнь пострадавшего? Можно ли считать такой несчастный случай связанным с производством, если во время презентации офис-менеджер исполнял свои обязанности.

Исходные данные

Линия, питающая электрооборудование карьера, трехфазная, трехпроводная, нейтральная точка источника питания изолирована. Емкости между фазными проводами линии и землей одинаковы, активной проводимостью изоляции пренебречь. Частота напряжения питающей линии – 50 Гц. Земля после дождя сырая, обувь мокрая; сопротивлениями растеканию тока с ног пострадавшего и сопротивлением обуви пренебречь.

 

Вариант	CИ, Ф	Rh, Ом	UФ, В
а	2·10–6
б	5·10–7
в	7·10–7
г	1.2·10–6
д	4·10–7

 

C_И –емкость между фазным проводом и землей,

R_h – сопротивление тела человека,

U_Ф – фазное напряжение источника питания.

Указания к решению задачи

Схема для анализа ситуации

 

Эквивалентная схема

 

Здесь Х_И – емкостное сопротивление между фазным проводом и землей

,

где – частота питающей сети.

Действующее значение тока через тело человека I_h вычисляется по формуле

,

где Е – фазное напряжение.

Действующее значение напряжения прикосновения

.

Задача № 10

У склада магазина контейнер, погруженный на автомашину, коснулся фазного провода отпайки воздушной линии электропередачи, который был подвешен ниже нулевого. Выходя из кабины и ступив одной ногой на землю, экспедитор получил электрический удар. Оцените опасность ситуации. Пользуясь литературой [7 или 8], охарактеризуйте последствия воздействия такого тока (напряжения) на человека. Какие меры можно предпринять для того, чтобы разорвать цепь тока через тело пострадавшего? Как можно было избежать подобной ситуации?

Исходные данные

Линия электропередачи трехфазная четырехпроводная с заземленной нейтралью; фазное напряжение 220 В. Сопротивлением заземления нейтрали пренебречь. Площадь подошвы ноги экспедитора S=0,0225 м². Рукой он держался за дверцу автомобиля. Сопротивлением между контейнером и кабиной автомобиля пренебречь.

 

Вариант	Rh, Ом	rб, Ом	ρ, Ом*м
а
б
в			7,5
г
д			4,7

 

R_h – сопротивление человека,

r_б – сопротивление подошвы ботинка экспедитора,

ρ – удельное сопротивление грунта.

Указания к решению задачи

Схема для анализа ситуации

Эквивалентная схема

 

Здесь r_p – сопротивление растекания тока с подошвы ботинка, которая соприкасается с землей. Это сопротивление вычисляется по формуле

,

где d – диаметр эквивалентного заземления, равного по площади подошве ботинка

.

Ток через человека вычисляется по формуле

,

где Е – фазное напряжение линии.

Напряжение прикосновения: .

Задача № 11

Оценить потери людей и степень разрушения зданий при взрыве заложенного террористами заряда.

Исходные данные

Заряд заложен в автомобиле, припаркованном к магазину. Взрывчатое вещество – гексоген. Магазин находится возле автобусной остановки, рядом с ним стихийно возникший микрорынок. За магазином расположены многоэтажные жилые дома из кирпича. В час “пик”
в конце рабочего дня в магазине может находиться до 60 человек, рядом с магазином – до 70 человек. Плотность населения жилой застройки – 3 000 чел./км². Грунт в районе происшествия плотный.

 

Вариант	Масса взрывчатого вещества М, кг	Площадь магазина Sм, м2	Расстояние от магазина до ближайших жилых домов Rж ,м
а
б
в
г
д

Указания к решению задачи

Степень разрушений, вызванных взрывом, зависит от избыточного давления DP_ф, возникающего при взрыве заряда взрывчатого вещества (ВВ).

Безопасный радиус зоны чрезвычайной ситуации (ЧС) R_зчс определяется из условия DP_ф = 10кПа. При расстояниях, равных R_зчс, возникают слабые разрушения – повреждения или разрушения крыш и оконных и дверных проёмов. Ущерб – 10…15 % от стоимости зданий.

При DP_ф=20 кПа возникают средние разрушения – разрушения крыш, окон, перегородок, чердачных перекрытий, верхних этажей. Ущерб– 30…40 %.

При DP_ф=30 кПа возникают сильные разрушения – разрушения несущих конструкций и перекрытий. Ущерб – 50 %. Ремонт нецелесообразен¹.

При DP_ф=50 кПа происходит полное разрушение – обрушение зданий.

Избыточное давление при взрыве заряда ВВ на расстоянии R определяется по формуле М.А.Садовского:

где G – масса взрывчатого вещества, кг;

¹ Восстановление объекта целесообразно, если разрушение зданий и сооружений не превышает 40 %.

a – коэффициент перехода к тротиловому эквиваленту. Для гексогена a = 1.19.

Подставив в эту формулу расстояние до ближайших жилых домов, можно оценить степень разрушения жилой застройки.

Безопасный радиус зоны ЧС определяется по формуле

.

Площадь зоны ЧС составит

.

Степень разрушения объекта (магазина):

.

Возможные потери людей в зоне ЧС, как и степень разрушения зданий, определяются величиной избыточного давления при взрыве. В зависимости от степени защищённости людей процент потерь оценивают с помощью следующей таблицы

 

Т а б л и ц а 11.1

Потери людей в зоне ЧС, %

Степень разрушения зданий, сооружений	Степень защищённости людей
не защищены	в зданиях	в защищённых сооружениях
общие	санитарные	общие	санитарные	общие	санитарные
слабая			1.2	0.4	0.3	0.1
средняя			3.5	1.0	1.0	0.3
сильная					2.5	0.8
полная					7.0	2.5

 

Литература: [15].

Задача № 12

Определить характер разрушения цеха с лёгким каркасом, пожарную обстановку на объекте и потери людей, при взрыве расположенной поблизости цистерны с бензином.

Исходные данные

Вариант	Масса бензина М, т	Расстояние от цеха до места взрыва (цистерны)Rц, м	Плотность населения P, чел/км2
а
б
в
г
д

Указания к решению задачи

Радиус бризантного (дистанционного) действия газовоздушной смеси бензина R₁ определяется по формуле

, [м].

Радиус зоны действия продуктов взрыва (радиус огненного шара объёмного взрыва)

.

Если R_ош<R_ц, цех будет находиться в зоне воздушной ударной волны. Избыточное давление в зоне огненного шара:

, [кПа].

Избыточное давление в зоне действия воздушной ударной волны:

, [кПа].

Вычислив избыточное давление в месте расположения цеха, можно оценить степень разрушения цеха¹.

¹ Характеристику степеней разрушения см. в указаниях к решению задачи № 11.

Т а б л и ц а 12.1

Зависимость степени разрушения цеха с лёгким металлическим каркасом
от величины избыточного давления

Избыточное давление	10–20	20–30	30–50
Степень разрушения цеха	слабая	средняя	сильная

 

Интенсивность теплового излучения взрыва в зоне действия воздушной ударной волны I определяется по формуле

,

где Q₀ – удельная теплота пожара (для бензина Q₀=1800 кДж/м²×с);
– угловой коэффициент, характеризующий взаимное расположение источника и объекта:

T = 1 – 0.058 ln R₃.

Продолжительность существования огненного шара определяется по формуле

, [с].

Тепловой импульс определяется по формуле

.

 

Т а б л и ц а 12.2

Значения тепловых импульсов, приводящих к поражению людей
и воспламенению материалов

Тепловой импульс, приводящий к поражению, кДж/м2	Степень ожога	Тепловой импульс, приводящий к воспламенению, кДж/м2	Материал
80–100	лёгкая	160–200 230–400	Древесно-стружеч-ная плита доски тёмные, резина
100–400	средняя	330–500	стружка, бумага
400–600	тяжелая	420–500	брезент
более 600	смертельная	500–670 500–750 580–810	дерево сухое кроны деревьев рубероид

Безвозвратные потери людей от воздействия ударной волны определяются по формуле

.

Общие и санитарные потери среди рабочих и служащих определяются с помощью табл. 11.1.

Литература: [15].

Задача № 13

Определить безопасное расстояние для человека от горящего штабеля пиломатериалов, продолжительность пожара и опасность возгорания расположенного рядом деревянного строения.

Исходные данные

Вариант	Масса горючего вещества М, т	Высота штабеля hш, м	Длина штабеля L, м	Ширина штабеля М, м	Расстояние от штабеля до строения Rc,м
а
б
в
г		1.8
д		1.5

Указания к решению задачи

Размер зоны теплового воздействия рассчитывается по формуле

,

где – приведённый размер очага горения (для штабелей пиленого леса );

– коэффициент, характеризующий геометрию очага горения (, если источник излучения объёмный);

Q₀ – теплота пожара (для пиломатериалов Q₀ = 240 кДж/м ²×с);

I^* – критерий поражения человека (воспламенения материала), равный предельному значению интенсивности теплового излучения, при учёте его продолжительности, которое вызывает определённое поражющее действие на человека (приводит к возгоранию материала).

Для человека тепловое излучение считается безопасным при I^* £1,26кДж/м²×с.

Возгорание древесины происходит через 10 минут, при I^* =
= 14 кДж/ м²×с.;

через 5 минут – при I^* =17.5 кДж/ м²×с.

Продолжительность пожара определяется по формуле

,

где S_об – площадь пожара;

V_выг – скорость выгорания.

Для пиломатериалов V_выг =0.017 кг/м²×с.

Литература: [15].

Задача № 14

Оценить химическую обстановку на предприятии через 1 час после аварии на городской водоочистительной станции, где разрушилась цистерна, содержащая 40 т хлора.

Исходные данные

Вариант	Расстояние от предпр. до места аварии, L, м	Время аварии (местное)	Метеоусловия	Наличие снежного покрова	Обеспеченность работн. предпр. противогазами, % от общего числа
Скорость ветра, Vв, м/с	Облачность	Температура воздуха, 0С
а		1час 00мин		перем.	+20	нет
б		12час 30мин		сплошн.	–20	есть
в		7час 10мин		ясно	–40	есть
г		20час 10мин		сплошн.		нет
д		14час 20мин		ясно	+40	нет

Указания к решению задачиы

В случае, когда количество вылившейся жидкости неизвестно, его принимают равным ёмкости цистерны Q₀.

Эквивалентное количество токсичного вещества в первичном облаке определяется по формуле

где к₁ – коэффициент, зависящий от условий хранения вещества (для хлора к₁ = 0.18);

к₃ – коэффициент, равный отношению пороговой токсодозы хлора к пороговой токсодозе выброшенного вещества;

к₅ – коэффициент, учитывающий степень вертикальной устойчивости атмосферы (для инверсии к₅ = 1; для изотермии к₅ = 0.23; для конверсии к₅ =0.08);

к₇ – коэффициент, учитывающий влияние температуры воздуха.

 

Т а б л и ц а 14.1

Зависимость степени вертикальной устойчивости (СВУА) атмосферы
от времени суток и метеоусловий

Скорость воздуха, Vв, м/с	Ночь	Утро	День	Вечер
Ясно, перем. облачн.	Сплошн. облачн.	Ясно, перем. облачн.	Сплошн. облачн.	Ясно, перем. облачн.	Сплшн. облачн.	Ясно, перем. облачн.	Сплшн. облачн.
<2	инверсия	из (ин)	из	из	к (из)	из	ин	из
2–4	инверсия	из (ин)	из	из	из	из	из	из
>4	изотермия	из	из	из	из	из	из	из

 

Примечание: В скобках даны значения СВУА при снежном покрове.

из – изотермия; к – конверсия; ин – инверсия.

 

Т а б л и ц а 14.2

Зависимость коэффициента к₇ от температуры воздуха для хлора

Зона	Температура воздуха
– 40	– 20
Первичное облако		0.3	0,6		1.4
Вторичное облако	0.9

 

Эквивалентное количество токсичного вещества во вторичном облаке определяется по формуле

,

где к₂ – коэффициент, зависящий от физико-химических свойств вещества (для хлора к₂ = 0.052);

к₄ – коэффициент, зависящий от скорости ветра;

к₆ – коэффициент, зависящий от времени, прошедшего после начала аварии;

h – толщина слоя жидкости (для свободно разлившейся жидкости h принимается равной 0.05 м);

d – плотность вещества (для хлора d = 1.53 Т/м³).

 

Т а б л и ц а 14.3

Зависимость коэффициента к₆ от скорости ветра

Скорость ветра, Vв, м/с
к6		1.3	1.67		2.34	2.67		3.34	3.67

 

По найденным значениям Q_э1 и Q_э2 с помощью табл. 14.4. определяются глубины зон химического заражения первичным и вторичным облаком.

 

Т а б л и ц а 14.4