Охрана труда и техника безопасности, расчет вентиляции и защитного зануления

9. Охрана труда и техника безопасности

В процессе дипломного проектирования ведется опытно-конструкторская разработка устройства постановки помех. В рамках разработки проводится эксперимент. Задачей эксперимента является выяснение зависимости подавления полезного сигнала в приемном устройстве сигналом с изменяющейся частотой. Работы проводятся на лабораторном стенде радиотехнической лаборатории. При проведении эксперимента работа происходит при искусственном освещении, измерительная аппаратура использует высокое напряжение.

9.1 Влияние внешних факторов на организм человека и требования, предъявляемые к этим факторам в радиотехнической лаборатории

Действие электрического тока на организм человека.

Степень воздействия электротока на организм человека зависит от его величины о протяженности воздействия. В случае если устройства питаются от напряжения 380/220 В или 220/127 В в электроустановках с заземленной нейтралью применяется защитное зануление.

Назначение зануления.

Зануление применяется в четырехпроводных сетях напряжением до 1 кВ с заземленной нейтралью. Зануление осуществляет защиту путем автоматического отключения поврежденного участка электроустановки от сети и снижение напряжения на корпусах зануленного электрооборудования до безопасного на время срабатывания защиты. Из всего выше сказанного делаем вывод, что основное назначение зануления - обеспечить срабатывание макси­мальной токовой защиты при замыкании на корпус. Для этого ток короткого замы­кания должен значительно превышать установку защиты или номинальный ток плавких вставок. Далее приведем принципиальную схему зануления на рис. 23:

Рис. 23. Схема зануления.

Ro - сопротивление заземления нейтрали

Rh - расчетное сопротивление человека;

1- магистраль зануления;

2- повторное заземление магистрали;

3- аппарат отключения;

4- электроустановка (паяльник);

5- трансформатор.

Сила тока зависит от величины приложенного напряжения и сопротивления участка тела. Сопротивление участка тела складывается из сопротивления тканей внутренних органов и сопротивления кожи. При расчете принимается R=1000 Ом. Воздействие тока различной величины приведено в таблице 9.1.

Таблица 9.1

К электроустановкам переменного и постоянного тока при их эксплуатации предъявляют одинаковые требования по технике безопасности.

9.2 Расчетная часть

Расчет зануления

Спроектировать зануление электрооборудование с номинальным напряжением 220 В и номинальным током 10 А.

Для питания электрооборудования от цеховой силовой сборки используется провод марки АЛП, прокладываемый в стальной трубе. Выбираем сечение алюминиевого провода S=2.5 мм. Потребитель подключен к третьему участку питающей магистрали.

Первый участок магистрали выполнен четырехжильным кабелем марки АВРЕ с алюминиевыми жилами сечением (3*50+1*25) мм в полихлорвиниловой оболочке. Длина первого участка - 0,25 км. Участок защищен автоматом А 3110 с комбинированным расщепителем на ток Iном=100 А.

Второй участок проложен кабелем АВРЕ (3*25+1*10) мм длиной 0,075 км. Участок защищен автоматическим выключателем А 3134 на ток 80 А. Магистраль питается от трансформатора типа ТМ=1000 с первичным напряжением 6 кВ и вторичным 400/220 В.

Магистраль зануления на первых двух участках выполнена четвертой жилой питающего кабеля, на третьем участке - стальной трубой.

Рис. 24. Схема питания оборудования

TT - трансформатор

ТП - трансформаторная подстанция

РП - распределительный пункт

СП - силовой пункт.

Для защиты используется предохранитель ПР-2. Ток предохранителя:

(9.1)

где Кп - пусковой коэффициент = 0,5...4,0

Значение коэффициента К принимается в зависимости от типа электрических установок:

1. Если защита осуществляется автоматическими выключателями, имею­щими только электромагнитные расцепители, т.е. срабатывающие без выдержки времени, то К выбирается в пределах 1,25ё1,4

2. Если защита осуществляется плавкими предохранителями, время перего­рания которых зависит от величины тока (уменьшается с ростом тока), то в целях ускорения отключения К принимают і3.

3. Если установка защищена автоматами выключения с обратно зависимой от тока характеристикой, подобной характеристике предохранителей, то так же Кі3.

Выбираем стандартный предохранитель на 15 А.

Так как в схеме приведен участок магистрали больше 200 м, то необходимо повторное зануление. Значение сопротивления зануления не должно превышать 10 Ом.

Расчетная проверка зануления

Определим расчетное значение сопротивления трансформатора:

Рассчитаем активное сопротивление фазного провода для каждого из участков:

(9.2)

где l - длина провода

S - сечение провода

r - удельное сопротивление материала (для алюминия r=0,028 0м_*мм²/км).

Рассчитаем активное сопротивление фазных проводов для трех участков:

Ом (9.3)

Ом (9.4)

Ом (9.5)

R_Ф1=0,14 0м; R_Ф2=0,084 0м; R_Ф3= 0,336 0м:

Полное активное сопротивление фазного провода: R_Фе =О, 56 0м;

Рассчитаем активное сопротивление фазного провода с учетом температурной поправки, считая нагрев проводов на всех участках равным Т=55 С.

Ом, (9.6)

где

град - температурный коэффициент сопротивления алюминия.

Активное сопротивление нулевого защитного проводника:

Ом (9.7)

Ом (9.8)

Для трубы из стали: r=1,8 Ом/км

Ом (9.9)

Таким образом, суммарное сопротивление магистрали зануления равно:

R_{M3 å} =R_{M3 1}+R_{МЗ 2}+R_M33=0,544 Oм (9.10)

Определяем внешние индуктивные сопротивления. Для фазового провода:

Х'_Ф= Х'_ФМ - Х_ФL ; (9.11)

Для магистрали зануления:

Х'_М3= Х'_М3М - Х_{М3 L} ; (9.12)

где

Х'_М3 и Х'_ФМ- индуктивные сопротивления, обусловленные взаимоин­дукцией фазового провода и магистрали зануления;

Х_М3 и Х_Ф1- внешние индуктивные сопротивления самоиндукции.

Индуктивные сопротивления, обусловленные взаимоиндукцией фазового провода и магистрали зануления определяются по формуле:

Х'_ФМ = Х'_{М3 М} =0145 lg(d_ФМ3) , (9.13)

где d - расстояние между фазным и ну­левым проводом. (для 1 и 2 d=15 мм, для 3 d=9.5 мм)

Х’_ФМ1=Х’_М3М=0,145 lg15=0,17 Ом. (9.14)

Х’_ФМ2=Х’_М3М=0,145 lg15=0,17 Ом. (9.15)

Х’_ФМ3=Х’_М3М=0,145 lg9,5=0,142 Ом. (9.16)

Суммарное сопротивление на всех участках:

Х’_ФМ =Х’_М3М =3_*0,145=0,482 Ом (9.17)

Внешние индуктивные сопротивления определяются по формуле:

X_ФL = X'_L* L , где X'_L- удельное сопротивление самоиндукции, Ом/м.

X'_L1 =0,09_*0,25=0,023 Oм

X'_L2=0,068_*0,075=0,005 Oм

X'_L3 =0,03_*0,03=0,0009 Oм

Суммарное внешнее индуктивное сопротивление фазового провода:

Х_ФL=0,029 Oм

X_M3L1 =0,068_*0,25=0,017 Oм

X_M3L2 =0,03_*0,075=0,0025 Oм

X_M3L3=0,138_*0,03=0,004 Oм.

Суммарное внешнее индуктивное сопротивление магистрали зануления:

X_M3L=0,024 Oм

Суммарное внешнее индуктивное сопротивление:

Х_Ф'=0,435-0,0314=0,453 Ом

Х_М3'=0,435-0,0244=0,458 Ом

Определяем внутреннее индуктивное сопротивление:

Х_Ф"_1-2= X_M3"_1-2=0,057_*0,075=0,001 Ом

Х_Ф"₃=0,0157_*0,03=0,0005 Oм

Полное сопротивление фазного провода и магистрали зануления:

Z_Ф=0,78 Ом

Z_M3=0,79 Oм

Ток однофазного КЗ определим по формуле:

I_КЗ=220/(0,78+0,79)=132 А (9.18)

Сравним расчетные параметры с допустимыми: I_КЗ=132>12 А

Кроме того, должно выполняться условие: Z_M3 < 2 _* Z_Ф

Условие выпол­няется.

9.3 РАСЧЕТ МЕСТНОЙ ВЫТЯЖНОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ

Вентиляция – организованный и регулируемый воздухообмен, обеспечивающий удаление из помещения воздуха, загрязненного вредными газами, парами, пылью, а также улучшающий метеорологические условия в цехах. По способу подачи в помещение свежего воздуха и удалению загрязненного, системы делят на естественную, механическую и смешанную.

Механическая вентиляция может разрабатываться как общеобменная, так и местная с общеобменной. Во всех производственных помещениях, где требуется надежный обмен воздуха, применяется приточно-вытяжная вентиляция. Высота приемного устройства должна зависеть от расположения загрязненного воздуха. В большинстве случаев приемные устройства располагаются в нижних зонах помещения. Местная вентиляция используется для удаления вредных веществ 1 и 2 классов из мест их образования для предотвращения их распространения в воздухе производственного помещения, а также для обеспечения нормальных условий на рабочих местах.

9.4 РАСЧЕТ ВЫДЕЛЕНИЙ ТЕПЛА

А) Тепловыделения от людей

Тепловыделения человека зависят от тяжести работы, температуры окружающего воздуха и скорости движения воздуха. В расчете используется явное тепло, т.е. тепло, воздействующее на изменение температуры воздуха в помещении. Для умственной работы количество явного тепла, выделяемое одним человеком, составляет 140 ВТ при 10­^оС и 16 ВТ при 35^оС. Для нормальных условий (20^оС) явные тепловыделения одного человека составляют около 55 ВТ. Считается, что женщина выделяет 85%, а ребенок – 75% тепловыделений взрослого мужчины. В рассчитываемом помещении (5х10 м) находится 5 человек. Тогда суммарное тепловыделение от людей будет:

Q­₁=5*55=275 ВТ (9.19)

Б) Тепловыделения от солнечной радиации.

Расчет тепла поступающего в помещение от солнечной радиации Q_ост и Q_п (ВТ), производится по следующим формулам:

- для остекленных поверхностей

Q_ост=F_ост*q_ост*A_ост (9.20)

- для покрытий

Q_п=F_п*q_п (9.21)

где F_ост и F_п - площади поверхности остекления и покрытия, м²

q_ост и q_п – тепловыделения от солнечной радиации, Вт/м², через 1 м_­² поверхности остекления (с учетом ориентации по сторонам света) и через 1 м² покрытия;

А_ост – коэффициент учета характера остекления.

В помещении имеется 2 окна размером 2х1,2 м². Тогда F­_ост=4,8 м².

Географическую широту примем равной 55^о, окна выходят на юго-восток, характер оконных рам – с двойным остеклением и деревянными переплетами. Тогда,

q_ост=145 Вт/м², А_ост=1,15

Q_ост=4,8*145*1,15=800 Вт

Площадь покрытия F_п=20м². Характер покрытия – с чердаком. Тогда,

q_п=6 Вт/м²

Q_п=20*6=120 Вт

Суммарное тепловыделение от солнечной радиации:

Q₂=Q_ост+Q_п=800+120=920. Вт (9.22)

В) Тепловыделения от источников искусственного освещения.

Расчет тепловыделений от источников искусственного освещения проводится по формуле:

Q₃=N*n*1000, Вт (9.23)

Где N – суммарная мощность источников освещения, кВт;

n – коэффициент тепловых потерь (0,9 для ламп накаливания и 0,55 для люминесцентных ламп).

У нас имеется 20 светильников с двумя лампами ЛД30 (30Вт) и 2 местных светильника с лампами Б215-225-200 или Г215-225-200. Тогда получаем:

Q₃=(20*2*0.03*0.55+2*0.2*0.9)*1000=1020 Вт

Г) Тепловыделения от радиотехнических установок и устройств вычислительной техники.

Расчет выделений тепла проводится аналогично расчету тепловыделений от источников искусственного освещения:

Q₄=N*n*1000, Вт (9.24)

Коэффициент тепловых потерь для радиотехнического устройства составляет n=0,7 и для устройств вычислительной техники n=0,5.

В помещении находятся: 3 персональных компьютера типа Pentium PRO по 600 Вт (вместе с мониторами) и 2 принтера EPSON по 130 Вт.

Q₄=(3*0.6+2*0.13)*0.5*1000=1030 Вт

Суммарные тепловыделения составят:

Q_с=Q₁+Q₂+Q₃+Q₄=3245 Вт (9.25)

Q_изб – избыточная теплота в помещении, определяемая как разность между Q_с – теплом, выделяемым в помещении и Q_расх – теплом, удаляемым из помещения.

Q_изб=Q_с-Q_расх (9.26)

Q_расх=0,1*Q_с=324,5 Вт

Q_изб=2920,5 Вт

9.5 РАСЧЕТ НЕОБХОДИМОГО ВОЗДУХООБМЕНА

Объем приточного воздуха, необходимого для поглощения тепла, G (м³/ч), рассчитывают по формуле:

G=3600*Q_изб/C_р*p*(t_уд-t_пр) (9.27)

Где Q_изб – теплоизбытки (Вт);

С­_р – массовая удельная теплоемкость воздуха (1000 Дж/кгС);

р – плотность приточного воздуха (1,2 кг/м³)

t_уд, t_пр – температура удаляемого и приточного воздуха.

Температура приточного воздуха определяется по СНиП-П-33-75 для холодного и теплого времени года. Поскольку удаление тепла сложнее провести в теплый период, то расчет проведем именно для него, приняв t_пр=18^оС. Температура удаляемого воздуха определяется по формуле:

t_уд=t_рз+a*(h-2) (9.28)

Где t_рз – температура в рабочей зоне (20^оС);

а – нарастание температуры на каждый метр высоты (зависит от тепловыделения, примем а=1^оС/м)

h – высота помещения (3,5м)

t_уд=20+1*(3,5-2)=21,5^оС

G=2160, м³/ч

9.6 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОПЕРЕЧНЫХ РАЗМЕРОВ ВОЗДУХОВОДА

Исходными данными для определения поперечных размеров воздуховода являются расходы воздуха (G) и допустимые скорости его движения на участке сети (V).

Необходимая площадь воздуховода f (м²), определяется по формуле:

V=3 м/с

f=G/3600*V=0,2 м^{2 (9.29)}

Для дальнейших расчетов (при определении сопротивления сети, подборе вентилятора и электродвигателя) площадь воздуховода принимается равной ближайшей большей стандартной величине, т.е. f=0,246 м². В промышленных зданиях рекомендуется использовать круглые металлические воздуховоды. Тогда расчет сечения воздуховода заключается в определении диаметра трубы.

По справочнику находим, что для площади f=0,246 м² условный диаметр воздуховода d=560 мм.

9.7 ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ СЕТИ

Определим потери давления в вентиляционной сети. При расчете сети необходимо учесть потери давления в вентиляционном оборудовании. Естественным давлением в системах механической вентиляции пренебрегают. Для обеспечения запаса вентилятор должен создавать в воздуховоде давление, превышающее не менее чем на 10% расчетное давление.

Для расчета сопротивления участка сети используется формула:

P=R*L+E_i*V²*Y/2 (9.30)

Где R – удельные потери давления на трение на участках сети

L – длина участка воздуховода (8 м)

Е_i – сумма коэффициентов местных потерь на участке воздуховода

V – скорость воздуха на участке воздуховода, (2,8 м/с)

Y – плотность воздуха (принимаем 1,2 кг/м³).

Значения R, определяются по справочнику (R – по значению диаметра воздуховода на участке d=560 мм и V=3 м/с). Е_i – в зависимости от типа местного сопротивления.

Результаты расчета воздуховода и сопротивления сети приведены в таблице 9.2, для сети, приведенной на рисунке 25 ниже.

Рис. 25.

Таблица 9.2. Расчет воздуховодов сети.

Где М=V² *Y/2, W=M*E_i (9.31)

P_max=P₁+P₃+P₅+P₇=74,334 Па. (9.32)

Таким образом, потери давления в вентиляционной сети составляют Р=74,334 Па.

9.8 ПОДБОР ВЕНТИЛЯТОРА И ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Требуемое давление, создаваемое вентилятором с учетом запаса на непредвиденное сопротивление в сети в размере 10% составит:

P_тр=1,1*P=81,7674 Па (9.33)

В вентиляционной установке для данного помещения необходимо применить вентилятор низкого давления, т.к. Р_тр меньше 1 кПа.

Выбираем осевой вентилятор (для сопротивлений сети до 200 Па) по аэродинамическим характеристикам т.е. зависимостям между полным давлением Р_тр (Па), создаваемым вентилятором и производительностью V_тр (м/ч).

С учетом возможных дополнительных потерь или подсоса воздуха в воздуховоде необходимая производительность вентилятора увеличивается на 10%:

V_тр=1,1*G=9504 м/ч (9.34)

По справочнику выбираем осевой вентилятор типа 06-300 N4 с КПД n_в=0,65 первого исполнения. КПД ременной передачи вентилятора n_рп=1,0.

Мощность электродвигателя рассчитывается по формуле:

(9.35)

N=332 Вт

По мощности выбираем электродвигатель АОЛ-22-2 с мощностью N=0,6 кВт и частотой вращения 2830 об/мин.