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 / σ = 360 / 3 = 120 см2 где Q – масса электродвигателя, кг; σ – 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 = EδS / 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; [τ] – допускаемое напряжение на срез = 3-4,5∙103 кг/см2 6). Диаметр пружины: D = C ∙ d = 7 ∙ 0,57 = 4 (см) 7). Число рабочих витков пружины: i1 = σ∙d / 8∙kп∙C3 = 8∙105∙0,57 / 8∙129∙73 = 1,3 где σ – модуль упругости на сдвиг (σ = 8∙105 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 = i1∙0,5D + (i2 + 0,5)d = = 1,3∙0,5∙4 + (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 + 6∙5)(16 + 6∙5) ∙ 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:
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) = 40∙20 / 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/Fл∙n = 73573/3000∙2 = 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/Fл∙n = 73573/5220∙2 = 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 + 1∙2 = 40 м. б) Для ламп мощностью Р1 = 80 Вт и длине светильника l2 = 1,54 м общая длина светильников составит: L2 = 7∙1,54 = 11 м. L2 = 11 + 4,53 ∙ 6 + 1∙2 = 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. ©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.
|