Пожарная безопасность электроустановок: Методические указания по выполнению курсовой работы

МИНИСТЕРСТВО РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ДЕЛАМ ГРАЖДАНСКОЙ ОБОРОНЫ, ЧРЕЗВЫЧАЙНЫМ СИТУАЦИЯМ И ЛИКВИДАЦИИ ПОСЛЕДСТВИЙ СТИХИЙНЫХ БЕДСТВИЙ УРАЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ГОСУДАРСТВЕННОЙ ПРОТИВОПОЖАРНОЙ СЛУЖБЫ

ПОЖАРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК методические указания по выполнению курсовой работы для курсантов факультета инженеров пожарной безопасности и слушателей факультета заочного обучения по специальности 330400 «Пожарная безопасность»

Екатеринбург 2006

Пожарная безопасность электроустановок: Методические указания по выполнению курсовой работы для курсантов факультета инженеров пожарной безопасности и слушателей факультета заочного обучения по специальности 330400 «Пожарная безопасность». – Екатеринбург: Уральский институт ГПС МЧС России, 2006. – 42 с. Составители: И.Г. Сафронова, Б.П. Смирнов, С.В. Субачев.

В методических указаниях даны рекомендации и требования к выполнению курсовой работы по дисциплине «Пожарная безопасность электроустановок», целью выполнения которой является формирование у обучающихся знаний и умений, необходимых для решения вопросов, связанных с надзором за обеспечением пожарной безопасности электроустановок при их проектировании, монтаже и эксплуатации. Выполнение курсовой работы позволяет приобрести навыки пользования нормативными документами, справочной литературой и стандартами при проверке соответствия запроектированного электрооборудования требованиям пожарной безопасности, проверочного расчета электрических сетей и молниезащиты, а также закрепить навыки составления документа по результатам экспертизы электротехнической части проекта. Для курсантов факультета инженеров пожарной безопасности и слушателей факультета заочного обучения. Методические указания рассмотрены Методического совета института

и

одобрены

на

заседании

Протокол № 7 от 22 февраля 2006 г.

© УрИ ГПС МЧС РОССИИ, 2006 г. 2

СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ .................................................................................................................. 4 ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ.................................................................................................. 5 УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ОТДЕЛЬНЫХ ГЛАВ КУРСОВОЙ РАБОТЫ Глава 1. ........................................................................................................................ 7 Глава 2. ...................................................................................................................... 10 Глава 3. ....................................................................................................................... 14 Глава 4. ....................................................................................................................... 24 Глава 5. ....................................................................................................................... 25 ПРИМЕР ВЫПОЛНЕНИЯ КУРСОВОЙ РАБОТЫ (КРОМЕ 1 ГЛАВЫ) ........... 26 ЛИТЕРАТУРА ........................................................................................................... 41

3

ВВЕДЕНИЕ Развитие экономики государства требует широкого внедрения в практику достижений электротехнической науки. Мы являемся свидетелями все более широкого применения электричества буквально во всех областях деятельности человека: в промышленности и в сельском хозяйстве, космонавтике и медицине, в сфере услуг. Электрическая энергия остается самой доступной и удобной для передачи ее на большие расстояния без значительных потерь и преобразования в другие виды энергии. Вместе с тем следует помнить, что использование электрической энергии связано с пожарной опасностью, с опасностью взрывов при эксплуатации электроустановок во взрывоопасных производствах. Пожарои взрывобезопасность электроустановок достигается обязательным соблюдением требований нормативных документов по их проектированию, монтажу и эксплуатацию. Вместе с тем в последние годы количество пожаров от электроустановок увеличивается. Имеют место также пожары от разрядов молнии и статического электричества. Поэтому перед работниками пожарной охраны ставятся задачи качественного улучшения надзорных профилактических функций в области пожаро- и взрывобезопасного применения электроустановок. Целью выполнения курсовой работы по дисциплине «Пожарная безопасность электроустановок» является формирование у обучающихся знаний, умений и навыков надзора за обеспечением пожарной безопасности электроустановок при их проектировании, монтаже и эксплуатации. Рекомендации по устранению нарушений требований норм пожарной безопасности, выявленных пожарно-технической экспертизой, должны быть на уровне современных достижений науки и техники.

4

ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ Одной из основных задач пожарной охраны в области пожарной безопасности, согласно ст. 4 Федерального Закона «О пожарной безопасности» № 69-ФЗ от 21 декабря 1994 г., является организация предупреждения пожаров. Государственный пожарный надзор − специальный вид государственной надзорной деятельности, осуществляемый должностными лицами органов управления и подразделений Государственной противопожарной службы в целях контроля за соблюдением требований пожарной безопасности и пресечения их нарушений. Согласно Инструкции по организации и осуществлению государственного пожарного надзора в Российской Федерации одним из основных направлений осуществления государственного пожарного надзора является контроль за соблюдением требований пожарной безопасности при проектировании, строительстве, капитальном ремонте, реконструкции зданий и сооружений, расширении и техническом переоснащении предприятий и организаций. Рассмотрение проекта требует от специалиста пожарной охраны знаний многих нормативных документов (ГОСТ, СН, СНиП, ПУЭ, НПБ и др.). Таким образом, контроль за соблюдением мер пожарной безопасности при проектировании − это первый (и необходимый!) этап в организации предупреждения пожаров. Целью экспертизы проекта является выявить нарушения требований пожарной безопасности, допущенные в проекте, и предложить мероприятия по их устранению. Курсовая работа является одним из видов самостоятельной учебной работы слушателей по освоению ими учебного материала по дисциплине «Пожарная безопасность электроустановок», а также формой контроля со стороны учебного заведения за этим процессом, контроля уровня соответствующих знаний и умений слушателей. Курсовая работа по дисциплине «Пожарная безопасность электроустановок» состоит из 5 глав.

5

Содержание курсовой работы Введение. Глава 1. Характеристика технологического процесса и окружающей среды. 1.1. Краткое описание технологического процесса. 1.2. Определение физико-химических свойств вещества, обращающегося в производстве. 1.3. Определение и обоснование класса зоны по ПУЭ. 1.4. Определение категории и группы взрывоопасной смеси. Глава 2. Расшифровка маркировки и проверка соответствия запроектированного электрооборудования классу зоны по ПУЭ. 2.1. Электродвигатели. 2.2. Электрические аппараты и приборы. 2.3. Электрические светильники. 2.4. Электропроводки и кабельные линии. Глава 3. Проверочный расчет электрических сетей. 3.1. Силовая сеть (2 участок). 3.1.1. Тепловой расчет ответвления к двигателю с короткозамкнутым ротором. 3.1.2. Расчет силовой сети по потере напряжения. 3.1.3. Расчет силовой сети по условиям короткого замыкания. 3.2. Тепловой расчет осветительной сети (4 участок). 3.3. Проверка соответствия сечения кабеля (провода) магистральной линии осветительной сети рабочему току (3 участок). 3.4. Проверка соответствия сечения кабеля магистральной линии силовой сети рабочему току (1 участок). Глава 4. Обоснование необходимости выполнения молниезащиты здания и ее проектное решение. Глава 5. Заключение о соответствии запроектированного электрооборудования требованиям пожарной безопасности и ПУЭ. Список литературы. Прежде чем приступить к решению конкретной задачи или раздела курсовой работы необходимо: изучить материал темы, ознакомиться с методическими указаниями, примерами решения задач, подобрать рекомендуемую учебную, справочную и нормативную литературу, просмотреть записи, сделанные на установочных занятиях. Решение задачи должно быть последовательным, с описанием каждого этапа решения, со ссылками в необходимых случаях на соответствующие нормативные документы. В расчетных задачах необходимо указывать номера действий, их краткое описание, приводить формулы и подставляемые в них известные величины, единицы измерения физических величин, получаемых в ответе.

6

УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ОТДЕЛЬНЫХ ГЛАВ КУРСОВОЙ РАБОТЫ Глава 1. Характеристика технологического процесса и окружающей среды Многие предприятия химической, газовой, нефтяной и других отраслей промышленности связаны с использованием в технологических процессах различных горючих веществ: жидких (бензин, дизельное топливо, масло, спирт), газообразных (аммиак, водород, ацетилен, пропан, метан), твердых (уголь, сера, фосфор). Часто технологический процесс производства протекает при высоких температурах и давлении. Таким образом, различные технологические процессы производства, а также режимы работы технологического оборудования, установленные внутри и вне зданий, создают условия пожаровзрывоопасности в производственных помещениях и наружных установках. В данной главе необходимо кратко рассмотреть и описать технологический процесс с учетом данных своего варианта и свойств веществ, применяемых в производстве. Физико-химические свойства вещества, обращающегося в помещении или у наружной установки, являются определяющими при выборе и обосновании класса зоны. Данные свойства определяются из справочника «Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения» [7]. Горючие газы и пары легковоспламеняющихся и горючих жидкостей, смешиваясь с воздухом, кислородом или другими окислителями, при определенной температуре и концентрации могут образовывать горючие смеси. Критериями сравнительной оценки степени их пожаро- и взрывоопасности являются температура вспышки, воспламенения, самовоспламенения, концентрационные пределы распространения пламени (воспламенения). В 7.3.2–7.3.25 [4] даны определения взрыва, вспышки, температуры вспышки и самовоспламенения, ЛВЖ, ГЖ, ГГ, взрывоопасной смеси, НКПВ, взрывоопасной зоны, взрывозащищенного электрооборудования, БЭМЗ и др. Согласно п. 33 [3] для всех производственных и складских помещений должна быть определена категория взрывопожарной и пожарной опасности, а также класс зоны по правилам устройства электроустановок, которые надлежит обозначать на дверях помещений. В данном разделе работы вам необходимо определить и обосновать правильность решения вопроса, к зоне какого класса относится заданное по варианту здание (помещение) или наружная установка. От класса взрывоопасной и пожароопасной зоны зависят требования к электроустановкам, необходимость выполнения молниезащиты, а также средства и меры защиты производств от разрядов статического электричества. В настоящее время нормативная и аналитическая оценка класса взрывоопасной и пожароопасной зоны производится по гл. 7.3, 7.4 [4]. Пожароопасная зона – пространство внутри и вне помещений, в пределах 7

которого образуются (постоянно или периодически) горючие (сгораемые) вещества. Пожароопасные зоны подразделяются на четыре класса: П-I, П-II, П-IIа и П-III. Определение пожароопасной зоны и классификация пожароопасных зон приведены в 7.4.2–7.4.10 [4]. Определение границ и класса пожароопасных зон должно производиться технологами совместно с электриками проектной или эксплуатационной организации. Взрывоопасная зона – пространство внутри и вне помещений, в пределах которого образуется (или могут образоваться) взрывоопасные смеси. Взрывоопасные зоны подразделяются на шесть классов: В-I, В-Iа, В-Iб, В-Iг, В-II, В-IIа. Классификация взрывоопасных зон приведена в 7.3.40–7.3.46 [4], см. также 7.3.39, 7.3.47–7.3.53 [4]. Класс взрывоопасной зоны, в соответствии с которым производится выбор электрооборудования, определяется технологами совместно с электриками проектной или эксплуатационной организации. Среды взрывоопасных зон одного и того же класса могут различаться и по температуре самовоспламенения, и по свойству передавать (при определенных условиях) взрыв из оболочки электрооборудования в окружающую среду, и по другим свойствам. В настоящее время в различных отраслях промышленности количество взрывоопасных веществ (горючих газов, паров и пыли) стало резко возрастать. Разрабатывать и изготавливать взрывозащищенное электрооборудование применительно к каждому из таких веществ невозможно, а с другой стороны, экономически нецелесообразно использовать во всех случаях дорогостоящее взрывозащищенное электрооборудование, рассчитанное на применение в наиболее тяжелых условиях. Все это обусловило необходимость группировки взрывоопасных смесей по классам. Объединение газо- и паровоздушных смесей в классы с общими взрывоопасными свойствами позволяет выделить представительскую смесь, характерную для данного класса смесей. Испытанное на этой смеси взрывозащищенное электрооборудование будет считаться безопасным и пригодным для использования в среде с любой смесью, относящейся к данному классу. Это дает возможность максимально унифицировать конструкцию взрывозащищенного электрооборудования, сделать общими принципы его маркировки. Все взрывоопасные смеси газов и паров ЛВЖ с воздухом принято разделять на группы и категории. Классификация взрывоопасных смесей горючих газов и паров ЛВЖ с воздухом по категориям и группам предназначена для получения исходных данных, необходимых при выборе взрывозащищенного электрооборудования согласно ГОСТ 12.2.020–76 приведены в 7.3.30-7.3.36, табл. 7.3.3 [4]. В основу классификации взрывоопасных смесей по категориям положено их свойство передавать (при определенных условиях) взрыв из экспериментальной оболочки в окружающую среду через критические зазоры между плоскими фланцами. В зависимости от величины критического зазора устанавливается категория взрывоопасной смеси. В настоящее время 8

взрывоопасные смеси горючих газов и паров ЛВЖ подразделяются на категории (табл. 7.3.1 [4]) в зависимости от величины безопасного экспериментального максимального зазора (БЭМЗ). БЭМЗ – максимальный зазор между фланцами оболочки, через который не происходит передача взрыва из оболочки в окружающую среду при любой концентрации горючего в воздухе. Приведенные в табл. 7.3.1 [4] величины зазоров служат только для установления категории взрывоопасной смеси и не являются основанием для контроля зазоров взрывонепроницаемого оборудования в условиях эксплуатации. Опасность смесей промышленных газов и паров повышается от IIА к IIС. В основу классификации взрывоопасных смесей по группам положена температура самовоспламенения смеси. Взрывоопасные смеси горючих газов и паров ЛВЖ подразделяются на группы (табл. 7.3.2 [4]) в зависимости от величины температуры самовоспламенения. Чем ниже эта температура, тем вероятнее воспламенение смеси при всех прочих равных условиях по сравнению со смесью, у которой температура самовоспламенения выше. Опасность смеси повышается от Т1 к Т6. Распределение взрывоопасных смесей горючих газов и паров ЛВЖ с воздухом по категориям и группам приведено в табл. 7.3.3 [4]. Категории и группы взрывоопасных смесей газов и паров ЛВЖ с воздухом, не включенных в вышеуказанную таблицу, определяются испытательными организациями в соответствии с их перечнем по ГОСТ 12.2.021-76. Классификация смесей по категориям и группам по ранее действовавшим правилам (ПИВЭ, ПИВРЭ) приведена в приложении 1 к главе 7.3 [4] (табл. П 1.1 – П 1.3). Опасность смесей возрастает по категориям от 1 к 4 (ПИВЭ, ПИВРЭ), по группам от Т1 к Т5 (ПИВРЭ) и от А к Д (ПИВЭ). НКПВ некоторых взрывоопасных пылей, а также их температуры тления, воспламенения и самовоспламенения приведены в табл. 7.3.4 [4]. На практике в технологических процессах производств обычно несколько взрывоопасных смесей, отличающихся категорией и группой. В таких случаях категорию и группу устанавливают по наиболее опасной смеси. Категорию и группу взрывоопасных смесей необходимо указать в пояснительной записке к проекту и на плане расположения силового и осветительного электрооборудования. Знать категорию и группу взрывоопасной смеси нужно для того, чтобы квалифицированно решить вопрос, соответствует ли запроектированное взрывоопасное электрооборудование тем нормам, которые необходимо соблюсти, чтобы предотвратить пожар и взрыв на данном производстве. Порядок выполнения: 1) описать технологический процесс; 2) определить физико-химические свойства вещества, обращающегося в производстве; 3) определить и обосновать класс зоны по ПУЭ; 4) определить категорию и группу взрывоопасной смеси. 9

Глава 2. Расшифровка маркировки и проверка соответствия запроектированного электрооборудования классу зоны по ПУЭ В данной главе необходимо установить соответствует ли запроектированное электрооборудование условиям окружающей среды. В ходе проверок, проводимых в рамках мероприятий по контролю за соблюдением требований пожарной безопасности на объектах надзора, при выборочных проверках разрабатываемой проектными организациями проектной и проектносметной документации в части ее соответствия требования пожарной безопасности в отношении электрооборудования в первую очередь решается вопрос о соответствии его по исполнению окружающей среде, классу помещения, пожароопасной или взрывоопасной зоны. Несоответствие может привести к воспламенению окружающей пожаро- и взрывоопасной среды от тех пожароопасных явлений, которые могут происходить в электроустановках (электрические искры и дуги, высокая температура отдельных частей, вызванные короткими замыканиями, перегрузками, большими переходными сопротивлениями и т.д.). Чтобы такую опасность исключить, необходимо: классифицировать среду, окружающую электроустановки, классифицировать по исполнению электроустановки, выбирать электроустановки в соответствии с условиями окружающей среды, руководствуясь нормативным документом – ПУЭ [4]. Недооценка пожарной опасности окружающей среды, электроустановок, так же как и излишняя перестраховка недопустимы. В первом случае это приводит к понижению надежности и безопасности электроустановок, во втором – к неоправданному увеличению расходов на монтаж и эксплуатацию электроустановок. Для обеспечения квалифицированных решений по оценке пожарной и взрывной опасности помещений (зон), по проектированию и внедрению электроустановок, эта работа (согласно нормам) возложена на электриков и технологов проектных организаций. Но зачастую эти вопросы решаются без достаточных обоснований. И этому есть свои причины, о которых необходимо помнить работникам ГПН: отсутствие или недостоверная информация о выпускаемом электрооборудовании, его исполнении; противоречивость справочных данных; нарушение заводами-изготовителями действующих стандартов по маркировке исполнения электрооборудования, приведение неверных (т.е. противоречащих нормам) рекомендаций по применению электрооборудования в тех или иных условиях окружающей среды. Во взрывозащищенном электрооборудовании предусматриваются конструктивные меры по устранению или затруднению возможностей воспламенения окружающей взрывоопасной среды. Выбор и установка электрооборудования (машин, аппаратов, устройств) и сетей для пожароопасных зон выполняются в соответствии с главой 7.4 [4] на основе классификации горючих материалов (жидкостей, пылей и волокон). В пожароопасных зонах могут применяться электрические машины, аппараты, приборы, шкафы, светильники, имеющие степень защиты оболочки 10

не менее указанных в соответствующих таблицах (7.4.1 – 7.4.3 [4]). Дополнительные требования к электрооборудованию в пожароопасных зонах приведены в соответствующих параграфах главы 7.4 [4]. Так, провода и кабели выбирают по конструкции и способу прокладки в соответствии с 7.4.36 – 7.4.41 [4]. Соединительные и осветительные коробки, применяемые в электропроводках в пожароопасных зонах, должны иметь степень защиты оболочки не менее указанной в 7.4.42 [4]. Приведены также требования к переносному электрифицированному инструменту (7.4.17 [4]), электроустановкам запираемых складских помещений (7.4.24 [4]), применению электронагревательных приборов (7.4.25 [4]), переносным светильникам (7.4.35 [4]) и др. При выборе электрооборудования, устанавливаемого в пожароопасных зонах, необходимо учитывать также условия окружающей среды (химическую активность, атмосферные осадки и т.п.). ГОСТ 14254-80. Изделия электротехнические. Оболочки, степень защиты. Для обозначения степени защиты оболочки электрооборудования приняты две латинские буквы IP (начальные буквы слов International Protection). За ними следуют две цифры, которые обозначают: первая цифра (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6) – степень защиты персонала от соприкосновения или приближения к находящимся под напряжением частям и от соприкосновения с движущимися частями, расположенными внутри оболочки, а также степень защиты изделия от попадания внутрь твердых посторонних тел. Степень защиты возрастает от 0 к 6; вторая цифра (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8) – степень защиты оболочки изделия от проникновения воды. Степень защиты возрастает от 0 к 8. Для отдельных видов электроустановок приняты соответствующие ГОСТы: – ГОСТ 14255–69. Аппараты электрические на напряжение до 1000 В. Оболочки. Степень защиты. – ГОСТ 17494–87. Машины электрические вращающиеся. Классификация степеней защиты, обеспечиваемых оболочками вращающихся электрических машин. – ГОСТ 17677–82. Светильники. Общие технические условия. – ГОСТ 18311–80. Изделия электротехнические. Термины и определения основных понятий и др. Выбор и установка электрооборудования (машин, аппаратов, устройств), электропроводок и кабельных линий для взрывоопасных зон производится в соответствии с главой 7.3 [4] на основе классификации взрывоопасных зон и взрывоопасных смесей. Выбор электрооборудования для взрывоопасных зон производится в зависимости от допустимого уровня взрывозащиты или степени защиты оболочки электрических машин, аппаратов и приборов и светильников, которые приведены в табл. 7.3.10–7.3.12 [4]. Взрывозащищенное электрооборудование, выполненное для работы во взрывоопасной смеси 11

горючих газов и паров ЛВЖ с воздухом, должно также соответствовать категориям и группам тех взрывоопасных смесей, которые обращаются в данной взрывоопасной зоне (7.3.60 [4]). Выбор электрооборудования во взрывоопасных зонах классов В–II и В–IIа производится с учетом 7.3.63 [4]. Дополнительные требования к электрооборудованию во взрывоопасных зонах приведены в соответствующих параграфах главы 7.3 [4]. Так, провода и кабели выбирают по конструкции и способу прокладки в соответствии с 7.3.93, 7.3.102, 7.3.108, табл. 7.3.14 [4]. Соединительные, ответвительные и проходные коробки для электропроводок должны иметь исполнение в соответствии с 7.3.103 [4]. Разделительные уплотнения в трубной прокладке электропроводки выполняются в соответствии с 7.3.105, 7.3.113 [4]. Способы выполнения освещения во взрывоопасных зонах светильниками общего назначения в соответствии с 7.3.77 [4]. Требования к РУ, ТП и ПП во взрывоопасных зонах приведены в 7.3.78 – 7.3.91 [4]. Взрывозащищенное электрооборудование подразделяется по уровням и видам взрывозащиты, группам и температурным классам (ГОСТ 12.2.020–76). Уровень взрывозащиты электрооборудования – степень взрывозащиты электрооборудования при установленных нормативными документами условиях. Установлены следующие уровни взрывозащиты электрооборудования (7.3.32 [4]): – «Электрооборудование повышенной надежности против взрыва». Знак уровня – 2; – «Взрывобезопасное электрооборудование». Знак уровня – 1; – «Особовзрывобезопасное электрооборудование». Знак уровня – 0. Степень взрывозащиты повышается от 2 к 0 (см. также 7.3.65 [4]). Вид взрывозащиты электрооборудования – совокупность средств взрывозащиты электрооборудования, установленная нормативными документами. Средство взрывозащиты электрооборудования – конструктивное и (или) схемное решение для обеспечения взрывозащиты электрооборудования. Виды взрывозащиты приведены в 7.3.33 [4] (см. также [6]). Для искробезопасной электрической цепи указывается один из знаков. В зависимости от уровня взрывозащиты: iа – для уровня 0; iв – для уровня 1; iс – для уровня 2. Взрывозащищенное электрооборудование в зависимости от области применения подразделяется на две группы (табл. 7.3.5 [4]). Электрооборудование группы II, имеющее виды взрывозащиты «взрывонепроницаемая оболочка» и (или) «искробезопасная электрическая цепь», подразделяется на три подгруппы, соответствующие категориям взрывоопасных смесей (табл. 7.3.6 [4]). 12

Электрооборудование группы II в зависимости от значения максимальной температуры поверхности электрооборудования (взамен «Предельной температуры») подразделяется на шесть температурных классов, соответствующих группам взрывоопасных смесей (табл. 7.3.7 [4]). Максимальная температура поверхности взрывозащищенного электрооборудования – наибольшая температура, до которой могут нагреваться в наихудших условиях работы (перегрузки и аварийные режимы) любые части или поверхности электротехнического устройства, представляющие при нагреве опасность в отношении воспламенения окружающей взрывоопасной среды. Маркировка взрывозащищенного электрооборудования по ГОСТ 12.2.020–76 приведена в 7.3.37 [4], а примеры – в табл. 7.3.8 [4]. Маркировка взрывозащищенного электрооборудования группы II должна выполняться в виде цельного, не разделенного на части знака (рельефными знаками на видном месте оболочки электрооборудования или на табличке, прикрепленной к оболочке таким способом, чтобы была обеспечена сохранность ее в течение всего срока службы электрооборудования). Располагать маркировку взрывозащиты по ГОСТ 12.2.020–76 в прямоугольной рамке отменено. До введения в действие стандартов на взрывозащищенное электрооборудование последнее разрабатывалось и маркировалось по ПИВЭ (утв. 1960 и 1963 г.г.) и ПИВРЭ (утв. 1976 г.) Приложение 1 к главе 7.3 «категории и группы взрывоопасных смесей по ПИВРЭ и ПИВЭ». Приложение 2 к главе 7.3. «Маркировка взрывозащищенного электрооборудования по ПИВРЭ». Приложение 3 к главе 7.3. «Маркировка взрывозащищенного электрооборудования по ПИВЭ». «Руководство по выбору и применению проводов для силовых и осветительных сетей» п. 12. Плоские провода запрещается применять: – при скрытой и открытой прокладке: а) во взрывоопасных зонах всех классов; б) в особо сырых помещениях; в) в помещениях с химически активной средой; г) непосредственно по сгораемым основаниям; д) для зарядки подвесных светильников; е) в зрительных залах зрелищных предприятий, клубных учреждений и спортивных сооружений. – при открытой прокладке: а) в пожароопасных зонах всех классов; б) на чердаках.

13

Глава 3. Проверочный расчет электрических сетей 3.1. Силовая сеть (2 участок) 3.1.1. Тепловой расчет ответвления к двигателю с короткозамкнутым ротором При расчете силовой сети и номинальных параметров аппаратов защиты по условиям нагрева необходимо проверить соответствие и добиться выполнения следующих условий: 1) Для предотвращения ложного срабатывания аппарата защиты в момент пуска двигателя номинальный ток стандартной (запроектированной) плавкой вставки предохранителя должен быть больше или равен максимальному кратковременному току, протекающему через предохранитель, деленному на коэффициент инерционности, т.е. I пуск. . I нст ≥ , где .вст.

α

α – коэффициент инерционности, зависящий от типа предохранителя и условий пуска электродвигателя, принимается равным 2,5; Iпуск. – пусковой ток электродвигателя, для асинхронных двигателей определяемый по формуле: I пуск = I н ⋅ К п , где Кп – коэффициент пуска электродвигателя (кратность пускового тока); Iн − номинальный ток электродвигателя, определяемый по формуле: Рн Iн = , где 3 ⋅ U л ⋅ cos ϕ ⋅η Рн – номинальная мощность двигателя, Вт; Uл – линейное напряжение, В; cos ϕ – коэффициент мощности; η – КПД двигателя. 2) Допустимый длительный ток провода или кабеля Iдоп должен быть не менее 125% номинального тока электродвигателя во взрывоопасных зонах классов B-I, B-Ia, B-II, B-IIa и не менее 100% номинального тока электродвигателя в остальных случаях (3.1.12, 7.3.97 [4]), т.е. I доп. ≥ 1,25 ⋅ I н. − для взрывоопасных зон классов B-I, B-Ia, B-II и B-IIa; I доп. ≥ I н. − в остальных случаях. Порядок расчета: 1) вычислить номинальный ток электродвигателя Iн; 2) вычислить пусковой ток двигателя Iпуск; 3) вычислить расчетный номинальный ток плавкой вставки по формуле: I пуск. . I нрасч = ; .вст.

α

14

. расч. 4) проверить выполнение условия: I нст .вст. ≥ I н.вст. и сделать вывод о соответствии запроектированной плавкой вставки тепловому расчету. Примечание: для надежного отключения сети при коротком замыкании номинальный ток стандартной плавкой вставки должен быть наименьшим ближайшим к расчетному току. При невыполнении условия: предложить заменить плавкую вставку предохранителя или (в отдельных случаях) предохранитель целиком. 5) вычислить расчетный допустимый длительный ток провода или кабеля расч. расч. по формуле I доп . = 1,25 ⋅ I н. или I доп. = I н. (в зависимости от класса зоны); 6) расшифровать маркировку провода или кабеля и по соответствующей табл. таблице ПУЭ определить фактический допустимый длительный ток I доп . ; расч. табл. 7) проверить выполнение условия I доп и сделать вывод о . ≥ I доп. соответствии сечения провода или кабеля тепловому расчету. При невыполнении условия: а) предложить заменить провод или кабель на аналогичный с большим сечением жилы. б) доказать выполнение условия с новыми параметрами. Примечание: Площадь нулевой жилы в зависимости от площади фазных жил кабеля определяется по табл. 1.1.1 [8].

3.1.2. Расчет силовой сети по потере напряжения Нормальная работа электроприемников протекает при номинальном напряжении, соответствующем их паспортным данным. Любое отклонение подведенного напряжения от номинального ухудшает работу электроприемников и условия техники безопасности, а иногда увеличивает пожаровзрывоопасность применяемого электрооборудования. Например, понижение номинального напряжения на 10% у асинхронных электродвигателей при номинальной на грузке на валу приводит к увеличению тока статора и повышению температуры обмотки. Значительное снижение напряжения может привести к остановке или невозможности запуска электродвигателя, приводящего в движение механизм с тяжелыми условиями пуска. Наоборот, повышение напряжения сверх номинального на 10 % вызывает увеличение вращающего момента и пускового тока, уменьшение коэффициента мощности. Так как напряжение сильно влияет на работу электроприемников, необходимо так проектировать и эксплуатировать сеть, чтобы электроприемники работали под напряжением, близким к номинальному. Поэтому при проверке соответствия параметров силовой сети условиям допустимой потери напряжения добиваются, чтобы фактическая потеря напряжения не превышала допустимую, т.е.: ∆U ф ≤ ∆U доп .

15

Допустимая потеря напряжения ∆U доп определяется по таблице 1 приложения 2 [6] в зависимости от мощности трансформатора, его коэффициента мощности и коэффициента загрузки. Фактическая потеря напряжения на рассчитываемом участке сети определяется по формуле: Pl ∆U ф = [%], где сS P – мощность на конце рассчитываемого участка, кВт; l – длина участка, м; с – коэффициент, учитывающий напряжение, систему питания и материал жил провода или кабеля (табл. 2 прил. 2 [6]); S – сечение фазной жилы провода или кабеля, мм2. Если сеть состоит из нескольких участков, потери определяются на каждом участке отдельно и суммируются: ∑ ∆U ф = ∆U ф1 + ∆U ф 2 + ... + ∆U фn

напряжения

Порядок расчета. Потеря напряжения силовой сети складывается из потерь напряжения 1 и 2 участков: ∑ ∆U ф = ∆U ф1 + ∆U ф 2 . Поэтому нужно определить эту суммарную потерю напряжения и сравнить ее с допустимой: 1) определить допустимую потерю напряжения ∆U доп ; 2) определить коэффициенты с1 − для 1 участка и с2 − для 2 участка; ШС Pуст P ⋅l . ⋅ l1 3) вычислить ∆U ф1 = , ∆U ф 2 = н 2 и ∑ ∆U ф ; c1 ⋅ S ф.1 c 2 ⋅ S ф.2 4) проверить выполнение условия ∑ ∆U ф ≤ ∆U доп и сделать вывод о соответствии сечения провода или кабеля расчету по потере напряжения. При невыполнении условия: а) предложить заменить кабель (провод) 1-го, 2-го или обоих участков на аналогичный с большим сечением жилы. б) повторить пункты 3, 4 и доказать выполнение условия с новыми параметрами.

3.1.3. Расчет силовой сети по условиям короткого замыкания Номинальные токи плавких вставок предохранителей, служащих для защиты отдельных участков сети, следует выбирать по возможности минимальными по расчетным токам этих участков или нормальным токам электроприемников. Аппараты защиты должны надежно отключать аварийный участок при коротком замыкании как в конце линии (когда ток КЗ минимален), так и в ее начале (при максимально возможном токе КЗ). 16

Если величина тока К3 окажется меньше номинального тока плавкой вставки, предохранитель не сработает и ток КЗ выведет из строя провода или кабель поврежденного участка линии. Длительно неотключаемые КЗ недопустимы, особенно там, где есть опасность пожара или взрыва, например в пожароопасных и взрывоопасных зонах любого класса. Обычно обращают серьезное внимание на опасность длительного протекания чрезмерных токов КЗ, вызывающих перегрев проводов и кабелей, воспламенение их изоляции по всей длине. Но и токи, не вызывающие перегрузки проводников достаточной для воспламенения изоляции по всей длине провода, также могут быть опасными. Электрическая дуга в месте повреждения, если она продолжительное время не отключается, способна вызвать местное воспламенение изоляции. По мере разрушения изоляции КЗ будет перемещаться к источнику питания, пока не возрастет настолько, что кратность окажется достаточной для срабатывания предохранителей. С другой стороны, если отключающая способность аппарата защиты (предельный ток срабатывания Iпр) окажется меньше величины возможного тока КЗ вначале защищаемого участка, это может привести к повреждению самого аппарата и возникновению дополнительных источников зажигания в месте его установки (например, в распределительном устройстве). Таким образом, в некоторых случаях проверка аппаратов защиты на отключение токов КЗ становится необходимой, а во взрывоопасных зонах она обязательна. Надежное отключение токов КЗ в конце и начале защищаемой линии будет обеспечено при выполнении следующих условий: 1) Ток однофазного короткого замыкания в конце защищаемой линии (минимальный ток КЗ) должен превышать номинальный ток плавкой вставки предохранителя минимум в 3 или 4 раза в зависимости от класса зоны: I 1КЗ ( К ) ≥ 4 − для взрывоопасных зон классов B-I, B-Ia, B-II, B-IIa; I н.вст.

I 1КЗ ( К ) I н.вст.

≥ 3 − в остальных случаях.

Сила тока однофазного короткого замыкания в конце линии определяется, исходя из закона Ома: Uф , где I 1КЗ ( К ) = Z ф −о Uф – фазное напряжение, В; Zф-о – полное сопротивление фазной и нулевой жилы провода (кабеля), Ом. Полное сопротивление замкнутой части линии определяется по формуле: Z ф −о =

(Rф + Rо + Rд )2 + (X ф + X о )2 + Z т , где 17

Rф, Rо – активное сопротивление фазной и нулевой жилы провода или l кабеля, Ом: R = ρ , где S l – длина провода (кабеля) на рассчитываемом участке, м; S – сечение жилы, мм2; ρ – удельное активное сопротивление материала жил провода (кабеля),

Ом ⋅ мм 2 Ом ⋅ мм 2 равное 0,019 для меди и 0,032 – для алюминия; м м Rд – добавочное сопротивление переходных контактов (болтовые контакты на шинах, зажимы на вводах и выводах аппаратов, разъемные контакты аппаратов, контакт в точке КЗ и т.д.) − принимается равным 0,05 Ом; Xф, Xо – реактивное сопротивление фазной и нулевой жилы провода или кабеля, Ом: X = a ⋅ l , где а – удельное реактивное сопротивление провода или кабеля, равное 0,00007 Ом/м – для кабелей; 0,00009 Ом/м – для проводов, проложенных в газовых трубах; 0,00025 Ом/м – для проводов, проложенных открыто; Zт – полное сопротивление трансформатора току КЗ: − при мощности трансформатора большей 630 кВ·А − не учитывается (принимается равным 0) − при мощности трансформатора до 630 кВ·А включительно − определяется по таблице 3.1 [6]. 2) Ток трехфазного короткого замыкания в начале линии (максимальная сила тока КЗ) не должен превышать предельный ток срабатывания аппарата защиты: 3 I КЗ ( Н ) ≤ I пр. Ток трехфазного короткого замыкания в начале линии определяется по формуле: Uл 3 , где I КЗ (Н ) = 3 ⋅ Zф Uл – линейное напряжение, В; Zф – полное сопротивление фазной жилы провода (кабеля), Ом. Полное сопротивление фазной жилы также складывается из активной и реактивной составляющей: Zф =

(Rф + Rд + Rт )2 + (X ф + X т )2 , где

Rд – добавочное сопротивление переходных контактов без учета контактов аппаратуры, установленной непосредственно у электроприемников − принимается равным 0,06 Ом; Rт, Xт – соответственно активное и реактивное сопротивление трансформатора, определяемые в зависимости от мощности трансформатора:

18

Sт, кВ·А 25 40 63 100 160 250 400 630 1000 1600

Rт, Ом 0,16 0,1 0,05556 0,035 0,021875 0,01 0,00625 0,003968 0,0022 0,001375

Xт, Ом 0,32 0,2 0,111111 0,07 0,04375 0,03 0,01875 0,011905 0,0088 0,0055

Порядок расчета: 1) вычислить суммарное активное сопротивление фазной жилы: ρ ⋅l ρ ⋅l Rф = 1 1 + 2 2 ; S ф1 S ф2 2) вычислить суммарное активное сопротивление нулевой жилы: ρ ⋅l ρ ⋅l R0 = 1 1 + 2 2 S 01 S 02 3) вычислить суммарное реактивное сопротивление фазной и нулевой жилы: X ф = X 0 = a1l1 + a 2 l 2 4) вычислить полное сопротивление замкнутой части линии Zф-0; 5) вычислить ток однофазного КЗ в конце линии I 1КЗ (К ) ; 6) проверить выполнение 1-го условия и сделать вывод о надежности отключения 2 участка при коротком замыкании в конце линии. При невыполнении 1-го условия: а) предложить заменить кабель (провод) 1-го, 2-го или обоих участков на аналогичный с большим сечением жилы (для снижения полного сопротивления линии); б) повторить пункты 1-6 и доказать выполнение условия с новыми параметрами ρ ⋅l 7) вычислить активное сопротивление фазной жилы: Rф = 1 1 ; S ф1 8) вычислить реактивное сопротивление фазной жилы: X ф = a1l1 ; 9) вычислить полное сопротивление фазной жилы Zф; 3 10) вычислить ток трехфазного КЗ в начале линии I КЗ (Н ) ; 11) определить предельный ток отключения предохранителя Iпр. (табл. 1 прил. 1 [6]); 12) проверить выполнение 2-го условия и сделать вывод о надежности 19

отключения 2 участка при коротком замыкании в начале линии. При невыполнении 2-го условия: а) предложить заменить предохранитель на другой предохранитель с большим Iпр.; б) повторить пункт 12 и доказать выполнение условия с новыми параметрами; в) если в результате замены предохранителя пришлось изменить номинальный ток плавкой вставки предохранителя, повторить пункт 6, т.е. необходимо добиться выполнения 1-го и 2-го условия одновременно!

3.2. Тепловой расчет осветительной сети (4 участок) Согласно 3.1.8 [4], электрические сети должны иметь защиту от токов короткого замыкания, обеспечивающую по возможности наименьшее время отключения и требования селективности. Кроме этого, согласно 3.1.10 [4], некоторые сети (в зависимости от класса зоны и др.) подлежат обязательной защите от перегрузки. Таким образом, перед тепловым расчетом осветительной сети необходимо сначала определить необходимость защиты от перегрузки. При тепловом расчете осветительной сети и номинальных параметров аппаратов защиты необходимо проверить соответствие и добиться выполнения следующих условий: 1) сети, подлежащие защите от токов КЗ и перегрузки должны защищаться автоматами с тепловым расцепителем, а сети, защищаемые только от токов КЗ − автоматами с электромагнитным расцепителем; 2) номинальный ток теплового или электромагнитного расцепителя автомата должен быть больше или равен рабочему току нагрузки: I н.тепл. ≥ I р. . н.эл. м.

Рабочий ток нагрузки для осветительной сети определяется по формуле: ∑ Р = n ⋅ Pн. л , где Iр = Uф Uф Рн.л – номинальная мощность каждой лампы, Вт; n – количество светильников, шт. Uф – фазное напряжение, В; 3) допустимый длительный ток провода или кабеля Iдоп должен быть больше или равен рабочему току нагрузки: I доп ≥ I р . 4) для сетей, подлежащих защите от перегрузки, производится проверка защиты от перегрузки, а для сетей, защищаемых только от токов КЗ, 20

производится проверка надежности отключения сети при КЗ по упрощенной форме, т.е. проверяется условие: Для сетей, защищаемых от токов КЗ (согласно 3.1.8 [4]) и перегрузки (согласно 3.1.10 [4])

Для сетей, защищаемых только от токов КЗ (согласно 3.1.8 [4]) и не требующих защиты от перегрузки согласно 3.1.10 [4]

I доп ≥ I н.тепл.

I доп ≥

I ср.эл. м

4,5

Порядок расчета: 1) определить необходимый вид защиты: − защита от токов КЗ − 3.1.8 [4]; − защита от перегрузки − 3.1.10 [4]; 2) проверить выполнение 1-го условия и, при необходимости, предложить заменить автомат другим аппаратом защиты с требуемым типом расцепителя. 3) вычислить рабочий ток осветительной сети Iр; 4) проверить выполнение 2-го условия и сделать вывод о соответствии номинального тока расцепителя автомата тепловому расчету. Примечание: для надежного отключения сети при коротком замыкании номинальный ток расцепителя должен быть наименьшим ближайшим к рабочему току. При невыполнении условия: предложить заменить автомат аналогичным автоматом с подходящим номинальным током расцепителя. 5) расшифровать маркировку провода или кабеля и по соответствующей таблице ПУЭ определить его допустимый длительный ток I доп. ; 6) проверить выполнение 3-го условия и сделать вывод о соответствии сечения провода или кабеля тепловому расчету. При невыполнении условия: а) предложить заменить провод или кабель на аналогичный с большим сечением жилы. б) доказать выполнение условия с новыми параметрами. 7) проверить выполнение 4-го условия и сделать вывод о соответствии сечения провода или кабеля тепловому расчету. При невыполнении условия: а) предложить заменить провод или кабель на аналогичный с большим сечением жилы. б) доказать выполнение условия с новыми параметрами.

21

3.3. Проверка соответствия сечения кабеля (провода) магистральной линии осветительной сети рабочему току (3 участок) В данном разделе необходимо проверить и добиться того, чтобы допустимый длительный ток провода или кабеля 3 участка был больше или равен его рабочему току: I доп. ≥ I р. . Рабочий ток 3 участка можно выразить через установленную мощность осветительного щитка: ЩО Р уст . I р. = . 3 ⋅U Л Порядок расчета: 1) вычислить рабочий ток 3 участка Iр; 2) расшифровать маркировку провода или кабеля и по соответствующей таблице ПУЭ определить его допустимый длительный ток I доп. ; 3) проверить выполнение условия и сделать вывод о соответствии сечения провода или кабеля рабочему току. При невыполнении условия: а) предложить заменить провод или кабель на аналогичный с большим сечением жилы. б) доказать выполнение условия с новыми параметрами.

3.4. Проверка соответствия сечения кабеля (провода) магистральной линии силовой сети рабочему току (1 участок) В данном разделе необходимо проверить и добиться того, чтобы допустимый длительный ток провода или кабеля 1 участка был больше или равен его рабочему току: I доп. ≥ I р. . Рабочий ток 1 участка можно выразить через установленную мощность силового шкафа: ШС Р уст . I р. = . 3 ⋅U Л Порядок расчета: 1) вычислить рабочий ток 1 участка Iр; 2) расшифровать маркировку провода или кабеля и по соответствующей

22

таблице ПУЭ определить его допустимый длительный ток I доп. ; 3) проверить выполнение условия и сделать вывод о соответствии сечения провода или кабеля рабочему току. При невыполнении условия: а) предложить заменить провод или кабель на аналогичный с большим сечением жилы. б) доказать выполнение условия с новыми параметрами.

23

Глава 4. Обоснование необходимости выполнения молниезащиты здания и ее проектное решение Необходимость выполнения молниезащиты зданий и сооружений и требуемый уровень ее надежности определяется по СО 153-34.21.122-2003 [5] в зависимости от назначения здания или сооружения, степени огнестойкости, наличия в них пожаро- и взрывоопасных зон и др. Защищенность здания или сооружения от прямых ударов молнии определяется вхождением всех его частей в пространство зоны защиты молниеотводов данного типа. Общие требования и параметры (размеры) зон защиты всех типов молниеотводов приведены в разделе 3.3 [5]. Порядок выполнения: 1) изучить и описать общие требования к проектированию и конструкции элементов молниеотводов, указанных в Задании; 2) изучить формулы, по которым производится расчет параметров зоны защиты молниеотводов заданного типа при заданной надежности молниезащиты; 3) выбрать место расположения молниеотвода и определить минимальные значения параметров зоны защиты, обуславливающие защищенность здания или сооружения (Rx, hc и др.); 4) по соответствующим формулам вычислить минимальную высоту молниеотвода и другие параметры зоны защиты; 5) (графическая часть) построить схему зоны защиты молниеотвода в 3-х проекциях с соблюдением масштаба.

24

Глава 5. Заключение о соответствии запроектированного электрооборудования требованиям пожарной безопасности и ПУЭ В Заключении необходимо предложить мероприятия по устранению выявленных в результате экспертизы электротехнической части проекта нарушений требований норм и правил пожарной безопасности. Предлагаемые мероприятия должны быть технически выполнимыми, экономически целесообразными и должны сопровождаться ссылкой на соответствующий документ. При составлении заключения необходимо учитывать следующее: – предлагаемые мероприятия следует излагать четко, кратко, с обоснованием требований норм проектирования, а их изложение должно исключать неоднозначное толкование при выполнении; – необходимо указывать непосредственно требования по выполнению норм проектирования, а не способ их выполнения; – мероприятия излагаются с использованием таких слов как «заменить», «должно быть», «необходимо», «следует»; – противопожарные мероприятия, не предусмотренные нормами проектирования, излагаются с использованием слов «рекомендуется», «целесообразно».

25

ПРИМЕР ВЫПОЛНЕНИЯ КУРСОВОЙ РАБОТЫ (КРОМЕ 1 ГЛАВЫ) Исходные данные Технологический процесс:

Помещение ацетиленовой станции. Имеется приточно-вытяжная вентиляция. Маркировка запроектированного электрооборудования по взрывозащите: Электродвигатели №

···

маркировка

1ExdpIIAT3

··· ···

··· ···

··· ···

··· ···

··· ···

··· ···

Магнитные пускатели

···

№ маркировка

В4Т2

В

··· ···

··· ···

Электрические светильники №

···

маркировка

Н4Б

··· ···

Расчетные данные 1 участка Трансформатор Коэффициент Кабель мощности количество мощность коэф. способ суммарной марка жил и l, м Sт, кВ·А загрузки прокладки нагрузки сечение 1000 0,8 0,9 АСБ 3х95 + 1х35 в земле 175 Предохранитель I н.пр. , А тип I н.вст.

ПР-2

600 350

марка НРБ

Расчетные данные 2 участка Кабель (провод) количество способ l, м жил и сечение прокладки 3х6 + 1х4

на лотке

70

ШС Р уст . , кВт

130

Электродвигатель Pн, cosϕ η , % Кп кВт 30

0,65

87

6,5

Расч. данные 3 участка Расчетные данные 4 участка Кабель (провод) Автомат Провод Светильн. ЩО , Р кол-во кол-во уст. способ способ n, Рн. , I марка жил и тип марка жил и н .тепл . кВт прокладки прокладки шт. Вт сечение сечение ПРТО 4х25 в трубе 12 А3161 25 АПР 2(1х4) на скобах 20 150 Исходные данные для проектирования молниезащиты Размеры здания (сооружения) Тип молниеотвода Требуемая надежность, % S, м L, м hx, м 4,5 18 4,0 одиночный тросовый 99

26

Глава 2. Расшифровка маркировки и проверка соответствия запроектированного электрооборудования классу зоны по ПУЭ 2.1. Электродвигатели 1) 1ExdpIIAT3 Маркировка по ГОСТ 12.2.020-76 1 – Уровень взрывозащиты: «Взрывобезопасное электрооборудование»; Ех – знак стандарта; d – вид взрывозащиты: «Взрывонепроницаемая оболочка»; p – вид взрывозащиты: «Заполнение или продувка оболочки под избыточным давлением защитным газом»; IIА – подгруппа электрооборудования. Электрооборудование является взрывозащищенным для взрывоопасных смесей категории IIА (ПУЭ. Табл.7.3.6); Т3 – температурный класс электрооборудования. Электрооборудование является взрывозащищенным для взрывоопасных смесей групп Т1, Т2, Т3 (ПУЭ. Табл.7.3.7). Заданное электрооборудование 1ЕхdpΙΙАТ3 – не соответствует (по категории взрывоопасной смеси)

Требования ПУЭ

ПУЭ. Табл. 7.3.10. Для взрывоопасной зоны класса Уровень взрывозащиты: (+) В-Iа уровень взрывозащиты – «Взрывобезопасное электрооборудование» – 1 «Электрооборудование повышенной надежности против взрыва» – 2 (–) ПУЭ. 7.3.60. Для ΙΙА взрывоопасной смеси ацетилена с воздухом IIС Т2 (+) Т1, Т2, Т3 2) –– // –– 3) –– // –– 4) –– // –– 5) –– // –– 27

2.2. Электрические аппараты и приборы 1) В4Т2

В

––––––––––– Маркировка по ПИВРЭ В прямоугольной рамке: В – уровень взрывозащиты: «Взрывобезопасное электрооборудование». По ГОСТ 12.2.020-76 знак уровня «2»; 4 – наивысшая категория взрывоопасной смеси, для которой электрооборудование является взрывозащищенным. Электрооборудование является взрывозащищенным для взрывоопасных смесей категорий 1, 2, 3, 4; Т2 – наивысшая группа взрывоопасной смеси, для которой электрооборудование является взрывозащищенным. Электрооборудование является взрывозащищенным для взрывоопасных смесей групп Т1, Т2. В круглой рамке: В – вид взрывозащиты: «Взрывонепроницаемая оболочка». Заданное электрооборудование В4Т2

В

Требования ПУЭ

– соответствует

ПУЭ. Табл. 7.3.11. Для взрывоопасной зоны класса Уровень взрывозащиты: (+) В-Iа уровень взрывозащиты – «Взрывобезопасное электрооборудование» – 1 «Электрооборудование повышенной надежности против взрыва» – 2 (+) ПУЭ. 7.3.60. Для 4 → ΙΙА, IIВ, IIС (ПУЭ. Табл. П 1.4) взрывоопасной смеси ацетилена с воздухом IIС Т2 (+) Т2 → Т1, Т2 (ПУЭ. Табл. П 1.5) 2) –– // –– 3) –– // –– 4) –– // –– 5) –– // –– 28

2.3. Электрические светильники 1) Н4Б ––––––––––– Маркировка по ПИВЭ Н – вид взрывозащиты: «Повышенная надежность против взрыва (защита вида «е»)»; 4 – наивысшая категория взрывоопасной смеси, для которой электрооборудование является взрывозащищенным. Электрооборудование является взрывозащищенным для взрывоопасных смесей категорий 1, 2, 3, 4. Наличие этого знака (цифры 4) показывает, что в электрооборудовании имеется вид взрывозащиты «Взрывонепроницаемая оболочка»; Б – наивысшая группа взрывоопасной смеси, для которой электрооборудование является взрывозащищенным. Электрооборудование является взрывозащищенным для взрывоопасных смесей групп А, Б. Относим к уровню взрывозащиты: «Электрооборудование повышенной надежности против взрыва» (ПУЭ. Приложение 3 к главе 7.3). По ГОСТ 12.2.020-76 знак уровня – «2». Заданное электрооборудование Н4Б – соответствует

Требования ПУЭ

ПУЭ. Табл. 7.3.12. Для Уровень взрывозащиты: взрывоопасной зоны класса «Электрооборудование (+) В-Iа уровень взрывозащиты – повышенной надежности против взрыва» – 2 «Электрооборудование повышенной надежности против взрыва» – 2 (+) ПУЭ. 7.3.60. Для 4 → ΙΙА, IIВ, IIС (ПУЭ. Табл. П 1.4) взрывоопасной смеси ацетилена с воздухом IIС Т2 (+) Б → Т1, Т2 (ПУЭ. Табл. П 1.5) 2) –– // ––

29

2.4. Электропроводки и кабельные линии 2 участок НРБ – кабель жилы – медные; изоляция – резиновая; оболочка – найритовая; броня – 2 стальные оцинкованные ленты; подушка под броней – нормальная (битум, кабельная пряжа); наружный покров – нормальный (битум, кабельная пряжа); проложен на лотке. Проверяем соответствие кабеля по конструкции: ПУЭ 7.3.93 – соответствует; ПУЭ 7.3.102 – соответствует; ПУЭ 7.3.108 – не соответствует, т.к. кабели, прокладываемые во взрывоопасных зонах любого класса открыто, не должны иметь наружных покровов и покрытий из горючих материалов. Проверяем соответствие кабеля по способу прокладки: ПУЭ 7.3.118, табл. 7.3.14 (силовая сеть) – соответствует. Вывод: Необходимо заменить данный кабель на аналогичный, но без наружного покрова – марки НРБГ.

4 участок АПР – провод жилы – алюминиевые; изоляция – резиновая; в хлопчатобумажной оплетке; проложен на скобах. Проверяем соответствие провода по конструкции: ПУЭ 7.3.93 – не соответствует, т.к. во взрывоопасных зонах классов В-I и В-Iа должны применяться провода и кабели с медными жилами; ПУЭ 7.3.102 – соответствует. Проверяем соответствие провода по способу прокладки: ПУЭ 7.3.118, табл. 7.3.14 – не соответствует, т.к. во взрывоопасных зонах любого класса изолированные провода допускается прокладывать только в водогазопроводных трубах. Вывод: Необходимо заменить данный провод на аналогичный, но с медными жилами – марки ПР, и проложить его в водогазопроводной трубе. 30

Глава 3. Проверочный расчет электрических сетей 3.1. Силовая сеть (2 участок) 3.1.1. Тепловой расчет ответвления к двигателю с короткозамкнутым ротором. 1) Определяем номинальный ток электродвигателя: Рн 30 ⋅ 1000 Iн = = = 80,7 А. 3 ⋅ U Л ⋅ cos ϕ ⋅ η 3 ⋅ 380 ⋅ 0,65 ⋅ 0,87 2) Определяем пусковой ток электродвигателя: I пуск = I н ⋅ К п = 80,7 ⋅ 6,5 = 524,55 А. 3) Определяем расчетный номинальный ток плавкой вставки: I пуск. 524,55 . = = = 209,82 А. I нрасч .вст. α 2,5 . расч. 4) Проверяем условие I нст .вст. ≥ I н.вст. : . расч. I нст .вст. = 350 А > I н.вст. = 209,82 А – условие выполняется, но надежность отключения не обеспечивается: для надежного отключения сети при коротком замыкании номинальный ток плавкой вставки должен быть наименьшим ближайшим к расчетному току. Поэтому необходимо заменить заданный

предохранитель ПР - 2 -

600 350 . с I нст с .вст. = 350 А на предохранитель ПР - 2 350 225

. I нст .вст. = 225 А.

5) Определяем расчетный допустимый длительный ток провода (кабеля): расч. I доп . = 1,25 ⋅ I н. (т.к. класс зоны В-Iа). расч. I доп . = 1,25 ⋅ 80,7 = 100,88 А.

6) Определяем фактический (табличный) допустимый длительный ток провода (кабеля): Задано: НРБГ 3х6 + 1х4 – кабель четырехжильный жилы – медные; ПУЭ табл. 1.3.6 изоляция – резиновая; табл. оболочка – найритовая; I доп . = 42 А. бронированный; проложен на лотке

⇒

31

расч. табл. 7) Проверяем условие I доп . ≥ I доп. : расч. табл. I доп . = 42 А; I доп. = 100,88 А – условие не выполняется. Необходимо заменить заданный кабель НРБГ 3х6+1х4 на кабель НРБГ 3х35+1х16 с табл. I доп . = 120 А. Проверка: расч. табл. I доп . = 120 А > I доп. = 100,88 А – условие выполняется.

3.1.2. Расчет силовой сети по потере напряжения 1) По таблице 1 приложения 2 [6] определяем: при мощности трансформатора Sт = 1000 В·А, коэффициенте загрузки трансформатора Кз = 0,8 и коэффициенте мощности суммарной нагрузки cos ϕ = 0,9 допустимая потеря напряжения силовой сети составляет ∆U доп = 7,1 %. 2) По таблице 2 приложения 2 [6] определяем коэффициенты с1 = 46 − для 1 участка и с2 = 77 − для 2 участка. 3) Определяем фактическую потерю напряжения на участках: ШС Pуст 130 ⋅ 175 . ⋅ l1 ∆U ф1 = = = 5,2 %; 46 ⋅ 95 c1 ⋅ S ф.1

∆U ф 2 =

Pн ⋅ l 2 30 ⋅ 70 = = 0,8 %; c 2 ⋅ S ф.2 77 ⋅ 35

Суммарная потеря напряжения составит:

∑ ∆U ф

= 5,2 + 0,8 = 6,0 %.

4) Проверяем условие ∑ ∆U ф ≤ ∆U доп : ∑ ∆U ф = 6% < ∆U доп = 7,1% − условие выполняется.

32

3.1.3. Расчет силовой сети по условиям короткого замыкания 1) Определяем суммарное активное сопротивление фазной жилы 1 и 2 участков: ρ ⋅l ρ ⋅l 0,032 ⋅ 175 0,019 ⋅ 70 Rф = 1 1 + 2 2 = + = 0,0969 Ом, S ф1 S ф2 95 35 где ρ 1 = 0,032 и ρ 2 = 0,019 – удельные активные сопротивления материала жил кабелей соответственно 1 и 2 участков (Ом·мм2/м); 2) Определяем суммарное активное сопротивление нулевой жилы 1 и 2 участков: ρ ⋅l ρ ⋅l 0,032 ⋅ 175 0,019 ⋅ 70 R0 = 1 1 + 2 2 = + = 0,2431 Ом; S 01 S 02 35 16 3) Определяем суммарное реактивное сопротивление фазной и нулевой жилы: X ф = X 0 = a1l1 + a 2 l 2 = 0,00007 ⋅ 175 + 0,00007 ⋅ 70 = 0,01715 Ом, где a1 = 0,00007 и а2 = 0,00007 – удельные реактивные сопротивления кабелей 1 и 2 участков (Ом/м); 4) Определяем полное сопротивление замкнутой части линии:

(Rф + Rо + Rд )2 + (X ф + X о )2 + Z т =

Z ф −о =

= (0,0969 + 0,2431 + 0,05)2 + (0,01715 + 0,01715)2 + 0 = 0,3915 Ом, где Rд = 0,05 Ом – добавочное сопротивление переходных контактов (болтовые контакты на шинах, зажимы на вводах и выводах аппаратов, разъемные контакты аппаратов, контакт в точке КЗ и т.д.); Z т = 0 Ом – полное сопротивление трансформатора току короткого замыкания − при мощности трансформатора большей 630 кВ·А принимается равным 0. 5) Определяем ток однофазного короткого замыкания в конце линии: Uф 220 I 1КЗ ( К ) = = = 561,9 А; Z ф−о 0,3915

6) Проверяем условие I 1КЗ ( К )

I 1КЗ ( К ) I н.вст.

≥ 4:

561,9 = 2,5 – условие не выполняется, следовательно, I н.вст. 225 надежность отключения силовой сети при коротком замыкании в конце линии не обеспечивается. Предлагается заменить кабель 1 участка АСБ 3х95+1х35 на кабель СБ 3х150+1х50 и кабель 2 участка НРБГ 3х35+1х16 на кабель НРБГ 3х50+1х25. =

33

Проверка:

Rф = R0 =

ρ1 ⋅ l1 S ф1

ρ1 ⋅ l1 S 01

+

ρ 2 ⋅ l2

+

ρ 2 ⋅ l2

Sф2 S 02

=

0,019 ⋅ 175 0,019 ⋅ 70 + = 0,049 Ом; 150 50

=

0,019 ⋅ 175 0,019 ⋅ 70 + = 0,12 Ом; 50 25

X ф = X 0 = a1l1 + a 2 l 2 = 0,00007 ⋅ 175 + 0,00007 ⋅ 70 = 0,01715 Ом;

(Rф + Rо + Rд )2 + (X ф + X о )2 + Z т =

Z ф −о = =

(0,049 + 0,12 + 0,05)2 + (0,01715 + 0,01715)2

I 1КЗ ( К ) = I 1КЗ ( К ) I н.вст.

=

Uф Zф−о

=

+ 0 = 0,221 Ом;

220 = 994,832 А; 0,221

994,832 = 4,42 > 4 – условие выполняется. 225

7) Определяем активное сопротивление фазной жилы 1 участка: ρ ⋅ l 0,019 ⋅ 175 Rф = 1 1 = = 0,0222 Ом; S ф1 150 8) Определяем реактивное сопротивление фазной жилы 1 участка: X ф = a1l1 = 0,00007 ⋅ 175 = 0,01225 Ом; 9) Определяем полное сопротивление фазной жилы Zф 1 участка: Zф =

(Rф + Rд + Rт )2 + (X ф + X т )2 =

= (0,0222 + 0,05 + 0,0022 )2 + (0,01225 + 0,0088)2 = 0,077 Ом, где Rт и X т – соответственно активное и реактивное сопротивления трансформатора.

10) Определяем ток трехфазного короткого замыкания в начале линии: Uл 380 3 I КЗ = = 2384,7 А; (Н ) = 3 ⋅ Zф 3 ⋅ 0,092 11) Определяем предельный ток отключения предохранителя (табл. 1 прил. 1 [6]): Iпр. = 13000 А. 3 12) Проверяем условие I КЗ ( Н ) ≤ I пр. : 3 I КЗ ( Н ) = 2384,7 А < Iпр. = 13000 А – условие выполняется.

34

3.2. Тепловой расчет осветительной сети (4 участок) 1) Определяем необходимый вид защиты: − согласно 3.1.8 ПУЭ осветительная сеть должна быть защищена от токов коротких замыканий; − согласно 3.1.10 ПУЭ осветительная сеть во взрывоопасной зоне класса В-Iа подлежит защите от перегрузки. 2) Сети, подлежащие защите от токов коротких замыканий и перегрузки должны защищаться автоматами с тепловым расцепителем, следовательно, тип автомата (А3161) выбран правильно. 3) Определяем рабочий ток осветительной сети: ∑ Р = n ⋅ Pн. л = 20 ⋅150 = 13,6 А. Iр = Uф Uф 220 4) Проверяем условие I н.тепл. ≥ I р. : I н.тепл. = 25 А > I р. = 13,6 А − условие выполняется, однако для надежного отключения сети при коротком замыкании номинальный ток расцепителя автомата, кроме этого, должен быть наименьшим ближайшим к рабочему току. Поэтому предлагается заменить запроектированный автомат на автомат А3161 с номинальным током теплового расцепителя I н.тепл. = 15 А. 5) Определяем допустимый длительный ток провода: Задано: ПР 2(1х4) – два одножильных провода жилы – медные; ПУЭ табл. 1.3.4 изоляция – резиновая; I доп. = 38 А. в хлопчатобумажной оплетке; проложены в трубе

⇒

6) Проверяем условие I доп ≥ I р : I доп = 38 А > I р = 13,6 А − условие выполняется, следовательно, сечение провода соответствует тепловому расчету. 7) Проверяем условие I доп ≥ I н.тепл. : I доп = 38 А > I н.тепл. = 25 А − условие выполняется.

35

3.3. Проверка соответствия сечения кабеля (провода) магистральной линии осветительной сети рабочему току (3 участок) 1) Определяем рабочий ток 3 участка: ЩО Р уст 12 ⋅ 10 3 . I р. = = = 18,23 А; 3 ⋅U Л 3 ⋅ 380 2) Определяем допустимый длительный ток провода: Задано: ПРТО 4 х 25 – четырехжильный провод ПУЭ табл. 1.3.4 жилы – медные; изоляция – резиновая; I доп. = 85 А. проложен в трубе

⇒

3) Проверяем условие I доп ≥ I р : I доп = 85 А > I р = 18,23 А − условие выполняется, следовательно, сечение провода соответствует тепловому расчету.

3.4. Проверка соответствия сечения кабеля магистральной линии силовой сети рабочему току (1 участок) 1) Определяем рабочий ток 1 участка: ШС Р уст 130 ⋅ 10 3 . I р. = = = 197,5 А; 3 ⋅U Л 3 ⋅ 380 2) Определяем допустимый длительный ток кабеля: Задано: АСБ 3х150+1х75 – четырехжильный кабель жилы – алюминиевые; изоляция – бумажная; оболочка – свинцовая; бронированный; проложен в земле

⇒

ПУЭ табл. 1.3.16 I доп. = 305 А.

3) Проверяем условие I доп ≥ I р : I доп = 305 А > I р = 197,5 А − условие выполняется, следовательно, сечение кабеля соответствует тепловому расчету.

36

Глава 4. Обоснование необходимости выполнения молниезащиты здания и ее проектное решение Необходимость выполнения молниезащиты зданий и сооружений в зависимости от назначения, степени огнестойкости, наличия в них пожаро- и взрывоопасных зон и др. определяется по СО 153-34.21.122-2003 [5]. Защищенность здания или сооружения от прямых ударов молнии определяется вхождением всех его частей в пространство зоны защиты молниеотводов данного типа. 1) Описание общих требований к проектированию и конструкции элементов молниеотводов, указанных в Задании… 2) Согласно п. 3.3.2.2 [5] зона защиты одиночного тросового молниеотвода высотой h ограничена симметричными двускатными поверхностями, образующими в вертикальном сечении равнобедренный треугольник с вершиной на высоте hо и основанием на уровне земли 2Rо. При высоте молниеотвода до 30 метров и надежности зоны защиты равной 0,99 параметры зоны защиты характеризуются следующими формулами: h0 = 0,8h ; R0 = 0,95h ; R x = R0 (h0 − h x ) / h0 . 3) Опоры тросового молниеотвода предлагается установить вплотную к торцевым стенам здания. Тогда для обеспечения его защищенности радиус зоны защиты на уровне высоты здания Rx должен быть не меньше полуширины здания: Rx ≥ S/2. Таким образом, минимальное значение Rx составит Rx min = 4,5 / 2 = 2,25 м:

Рис. 1. План расположения опор тросового молниеотвода 4) Зная высоту здания и Rx min , определим минимальную высоту молниеотвода. Для этого в формуле для определения R x выразим R0 и h0 через h: 37

0,95h(0,8h − hx ) 0,95(0,8h − hx ) = ; 0,8h 0,8 0,8 R x = 0,95 ⋅ 0,8h − 0,95 ⋅ hx ; 0,95 ⋅ 0,8 ⋅ h = 0,8 R x + 0,95h x ; R h h= x + x . 0,95 0,8 Rx =

Таким образом, минимальная высота молниеотвода составит: h Rx 2,25 4 + = 7,4 м. hmin = min + x = 0,95 0,8 0,95 0,8 При такой высоте молниеотвода высота зоны защиты составит h0 = 0,8h = 0,8 ⋅ 7,4 = 5,92 м, а радиус зоны защиты на уровне земли R0 = 0,95h = 0,95 ⋅ 7,4 = 7,03 м. Учитывая некоторое провисание троса, высоту опор необходимо принять больше высоты молниеотвода на 3% расстояния между опорами: hоп = h + 0,03L = 7,4 + 0,03 ⋅ 18 = 7,94 м. 5) Строим схему зоны защиты молниеотвода в масштабе (в графической части).

38

39

Рис. 2. Схема зоны защиты одиночного тросового молниеотвода

Глава 5. Заключение о соответствии запроектированного электрооборудования требованиям пожарной безопасности и ПУЭ 1. Заменить запроектированный электродвигатель с маркировкой по взрывозащите 1ЕхdpΙΙАТ3 на электродвигатель с уровнем взрывозащиты «Электрооборудование повышенной надежности против взрыва» или выше, предназначенный для работы во взрывоопасной среде ацетилена с воздухом (ПУЭ 7.3.60, табл. 7.3.3); 2. Заменить запроектированный кабель магистральной линии (1 участок) марки АСБ 3х95+1х35, сечение которого не соответствует тепловому расчету, на аналогичный, но с большим сечением и медными жилами – марки СБ 3х150+1х50; 3. Заменить запроектированный кабель силовой сети (2 участок) марки НРБ 3х6+1х4, сечение которого не соответствует тепловому расчету, на аналогичный, но с большим сечением и без наружного покрова – марки НРБГ 3х50+1х25 (ПУЭ 7.3.108); 4. Заменить запроектированный предохранитель силовой сети (2 участок) ПР-2-600/350, номинальный ток плавкой вставки которого не соответствует тепловому расчету, на предохранитель ПР-2-350/225; 5. Заменить запроектированный провод осветительной сети (4 участок) марки АПР 2(1х4) на аналогичный, но с медными жилами – марки ПР 2(1х4) (ПУЭ 7.3.93), и проложить его в водогазопроводной трубе (ПУЭ 7.3.118, табл. 7.3.14); 6. Заменить запроектированный автомат осветительной сети (4 участок) А3161, номинальный ток расцепителя которого не соответствует тепловому расчету, на аналогичный, но с номинальным током теплового расцепителя I н.тепл. = 15 А.

40

ЛИТЕРАТУРА 1. Постановление Правительства РФ от 21 декабря 2004 г. №820 «О Государственном пожарном надзоре». 2. Приказ МЧС РФ от 17 марта 2003 г. №132 «Об утверждении Инструкции по организации и осуществлению государственного пожарного надзора в Российской Федерации». 3. Правила пожарной безопасности в Российской Федерации: ППБ 01-03. 4. Правила устройства электроустановок. Изд. 6-е. − М.: Главгосэнергонадзор России, 2000 г. 5. СО 153-34.21.122-2003 «Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций». 6. Черкасов В.Н., Костарев Н.П. Пожарная безопасность электроустановок: Учебник. − М.: Академия ГПС МЧС России, 2002. − 377 с. 7. Пожаровзрывобезопасность веществ и материалов и средства их тушения: Справ. изд.: в 2-х книгах / А.Н. Баратов, А.Я. Корольченко, Г.Н. Кравчук и др. – М.: Химия, 1990. 8. Сафронова И.Г., Смирнов Б.П. Электрические кабели, провода и шнуры: Учебное пособие. – Екатеринбург: Екатеринбургский филиал Академии ГПС МЧС России, 2004. – 54 с.

41