1. Elementy R, L, C

2. Moc w obwodach prądu sinusoidalnego. podać wzory i interpretacje fizyczna mocy czynnej, biernej i pozornej.

A) Moc czynna (P) - Moc średnią P nazywamy mocą czynną, charakteryzuje ona nieodwracalne przemiany energii elektr. w inne rodzaje energii.

P=U*I*cos f. Moc czynna w odbiornikach ma trzy razy większe napięcie i natężenie, oprócz tego prąd liniowy zwiększa się również trzy razy, przy czym f jest kątem przesunięcia fazowego względem napięcia fazowego przy równomiernym obciążeniu w trzech fazach o kąt cos f.

B) Moc bierna - charakteryzująca wymianę odwracalną energii między źródłem a odbiornikiem ozn. Q.

Q = U*I*cos f. Moc bierna jest to moc w której napięcie i natężenie odbiornika jest o 3 razy większe j.w.

C) Moc pozorna - posługujemy się do oznaczenia mocy źródła energii prądu przemiennego. Jest to moc która określa w jakim stopniu może być obciążona prądnica lub transformator ozn. S. S=U*I. Moc pozorna jest to iloczyn wartości skutecznych napięcia i natężenia.

3. Układy trójfazowe prądu zmiennego.

4. Wytwarzanie energii elektrycznej.

A) Źródłem pierwotnym energii elektrycznej jest obecnie:

a) ciepło wywiązujące się przy spalaniu węgla, ropy naftowej, gazu ziemnego, torfu lub ciepła wnętrza ziemi,

b) rozpad atomu (charakteryzujący się wydzielaniem olbrzymich ilości ciepła),

c) energia mechaniczna (związana ze spiętrzaniem wód w rzekach i zbiornikach oraz z przypływami mórz i z wiatrem),

d) ogniwa chemiczne, w których zachodzi przemiana energii reakcji chemicznych na energię elektryczną,

e) energia promieni słonecznych.

Podstawowe znaczenie w energetyce posiada dotychczas wytwarzanie energii elektrycznej w drodze przemiany energii cieplnej paliw lub energii mechanicznej wody i w pewnym stopniu również wiatru.

Spośród elektrowni cieplnych dominujące znaczenie w energetyce krajowej posiadają elektrownie parowe. Ciepło wywiązane ze spalania węgla kamiennego lub brunatnego ogrzewa wodę zamieniając ją w parę. Para o określonych parametrach (ciśnieniu i temperaturze) kierowana jest do turbiny parowej napędzającej sprzęgnięty z nią generator. Proces spalania odbywa się w komorze kotła, gdzie temperatura w zależności od rodzaju paliwa i sposobu spalania wynosi 1200 ÷ 1400^oC. Spaliny po oddaniu ciepła podgrzewaczom wody zasilającej i podgrzewaczom powietrza ochładzają się do temperatury 140 ÷ 180^oC i dostają się do urządzeń oczyszczających, takich jak multicyklony oraz filtry elektryczne i następnie wydalone są przez komin do atmosfery.

B) Schemat procesu tech. wytwarzania energii elektr. w elektrowni cieplnej.

Węgiel z wagonu 1 za pomocą urządzenia rozładunkowego 2 transportowany jest na skład 3 albo przenośnikami kubełkowymi b bezpośrednio przenoszony jest do zasobników (bunkrów) znajdujących się nad każdym z kotłów.

Przed dostaniem się do bunkra 5 węgiel ulega rozdrobnieniu na części o wymiarach 10 ÷ 20 mm w urządzeniu kruszarkowym 4. Z zasobników węgiel dostaje się do młynów 6, skąd przy pomocy wentylatorów 7 podawany jest w postaci pyłu do komory paleniskowej kotła 8.

Powietrze potrzebne do prawidłowego przebiegu procesu spalania wtłaczają do komory paleniskowej wentylatory podmuchowe 16. Powietrze to, w celu uniknięcia studzenia komory paleniskowej i wynikających z tego strat ciepła, podgrzewa się spalinami w podgrzewaczu 12. Popiół i żużel powstający przy spalaniu węgla usuwany jest przez odpowiednie otwory znajdujące się pod paleniskiem kotłowym, za pomocą wody kanałami lub przewodami C do urządzenia 17 wyrzucającego żużel na zewnątrz. Gazy spalinowe za pomocą ciągu naturalnego wysokiego komina 15 lub też za pomocą ciągu sztucznego wytwarzanego przez wentylatory wyciągowe 14 usuwane są wraz z cząsteczkami sadzy i lotnego popiołu na zewnątrz. Ciepło spalin wykorzystane jest do podwyższenia temperatury pary w przegrzewaczu pary 10 i w podgrzewaczu wody zasilającej 11. Dzięki zastosowaniu filtrów mechanicznych lub elektrostatycznych 13 następuje oczyszczenie spalin z cząstek stałych. Para wytworzona w kotle 9 zostaje pod wpływem ciepła spalin doprowadzona do odpowiedniej temperatury i ciśnienia w przegrzewaczu 10 i stamtąd rurociągiem d dostaje się do turbiny 19. Energia pary cieplnej zamienia się na energię mechaniczną, a ta z kolei na energię elektryczną w sprzęgniętym z turbiną generatorze. Para wodna wykonując pracę w turbinie ulega rozprężeniu, a następnie skropleniu w kondensatorze (skraplaczu) 20. W celu zapewnienia wymaganej próżni w skraplaczu (od czego zależy sprawność turbiny) przy użyciu pompy 28, utrzymany jest stały obieg wody chłodzącej. Wodę powstałą ze skroplenia pary wodnej pompa 24 przez podgrzewacz regeneracyjny 22 tłoczy do odgazowywacza 23. Stąd przy użyciu pompy zasilającej 24 skropliny dostają się po uprzednim ogrzaniu do określonej temperatury w podgrzewaczu wody 25 do kotła. Jak więc widzimy woda pracuje w obiegu zamkniętym: kocioł - turbina - skraplacz - kocioł. Ubytek wody spowodowany nieszczelnością rurociągów, zaworów, skraplacza i innych elementów wchodzących w skład obiegu cieplnego uzupełniany jest wodą dodatkową, która za pomocą pompy 26 po odpowiednim przygotowaniu w urządzeniu oczyszczającym 27 dostaje się przewodami e do odgazowywacza 23, a stąd zostaje włączona do obiegu roboczego. Para dla celów technologicznych lub ogrzewania pobierana jest z upustów turbiny, skąd przez wymiennik ciepła 31 odprowadzona jest jako czynnik grzejny (para lub woda) przewodami f. Energia elektryczna wytworzona w generatorze 33 odprowadzana jest do odbiorców bezpośrednio z szyn o napięciu generatorowym lub za pośrednictwem transformatorów przekazywana jest do rozdzielni o różnych napięciach 34. Rozdzielnia 35 służy do rozdziału energii elektrycznej na potrzeby własne elektrowni. Do montażu i demontażu urządzeń znajdujących się w maszynowni służy suwnica 12.

C) Zagrożenie pożarowe w elektrowni cieplnej.

1. Zagrożenie pożarowe podczas pracy kotła.

Kocioł rozpalany jest mazutem. Podgrzewany jest on do temp. 140 st. C i podawany pod ciśnieniem 40 at na palniki mazutowe w kotle. Dużym zagrożeniem jest możliwość rozszczelnienia instalacji mazutowej, a kontakt mazutu z rurociągami pary powoduje jego samozapłon. Należy pamiętać, że ciśnienie pary skierowanej na turbinę wynosi 540 at. W kotle podczas pracy spalana jest mieszanka pyłowo - powietrzna (pyłem jest zmielony węgiel). Mieszanina ta stwarza dodatkowe zagrożenie wybuchowe w wypadku nie przestrzeganie reżimów technologicznych.

2. Układ smarowania turbozespołu.

Podczas pracy turbozespołu łożyskowanie smarowane jest olejem podawanym pod ciśnieniem. Smarowanie olejowe jest układem zamkniętym. Ewentualny wyciek oleju z instalacji i kontakt z rurociągami doprowadzającymi parę na turbinę może spowodować zapalenie się oleju. W zależności od wielkości turbozespołu w układzie znajduje się około 40 ton oleju.

3. Zagrożenie pożarowe podczas pracy generatora.

Generator wypełniony jest wodorem o czystości 98,9 %. Wodór spełnia rolę czynnika chłodzącego wirnik. Ciepło z wirnika jest przekazywane przez wodór na chłodnice wodne, które znajdują się w stojanie. Wodór w generatorze znajduje się pod ciśnieniem około 3 at. Ewentualne rozszczelnienie generatora może spowodować powstanie mieszanki wybuchowej (tlen - wodór). W celu uniknięcia kontaktu wodoru z tlenem podczas napełniania i opróżniania generatora z wodoru jako gaz roboczy stosuje się CO₂.

D) Zasada działania i budowa prądnic synchronicznych

W prądnicy synchronicznej, tak jak w każdej wirującej maszynie, wyróżnia się nieruchomy stojan oraz ruchomy wirnik oddzielony od stojana szczeliną powietrzną. Pole magnetyczne jest w prądnicy synchronicznej, tak jak w maszynie prądu stałego, wytwarzane przez magnesy trwałe lub elektromagnesy, których cewki nazywane uzwojeniem wzbudzenia są zasilane prądem stałym. Jeśli wirnik prądnicy synchronicznej wiruje, w uzwojeniu, nazywanym uzwojeniem twornika, tworzy się zmienna w czasie siła elektromotoryczna. Siła elektromotoryczna indukowana w uzwojeniu twornika jest sinusoidalnie zmienna, jeśli rozkład indukcji magnetycznej w szczelinie powietrznej jest sinusoidalnie zmienny. Uzwojenie twornika maszyny synchronicznej jest uzwojeniem rozłożonym w żłobkach stojana lub wirnika. Powierzchnia maszyny ze żłobkami, w których umieszczone jest uzwojenie twornika ma zawsze kształt cylindra. Źródło pola magnetycznego w prądnicy synchronicznej jest na ogół umieszczone na innej części prądnicy niż uzwojenie twornika. Jeśli uzwojenie twornika znajduje się w stojanie, magnesy trwałe lub elektromagnesy umieszczone są w wirniku, natomiast gdy uzwojenie twornika jest w wirniku, to źródło pola magnetycznego jest w stojanie. We współczesnych prądnicach synchronicznych źródło pola magnetycznego (magnesy trwałe lub elektromagnesy) znajduje się na ogół w wirniku. Tylko w samowzbudnych prądnicach synchronicznych małej mocy bieguny elektromagnesów umieszczone są w stojanie. Bieguny elektromagnesów (magnesów trwałych) będące źródłem pola magnetycznego mogą być wydatne (wystające) lub utajone. Bieguny wydatne, czyli takie jakie stosowane są w maszynach prądu stałego, mają prądnice synchroniczne o magnesach trwałych oraz prądnice ze wzbudzeniem elektromagnetycznym, w których cewki uzwojenia wzbudzenia są skupione i osadzone na rdzeniu bieguna. Bieguny prądnicy synchronicznej nazywa się utajonymi, jeśli uzwojenie wzbudzenia jest rozłożone w żłobkach znajdujących się na obwodzie cylindrycznej powierzchni zewnętrznej wirnika lub wewnętrznej powierzchni stojana. W prądnicach z biegunami utajonymi szczelina powietrzna jest równomierna, ponieważ wewnętrzna powierzchnia stojana oraz zewnętrzna powierzchnia wirnika tworzą współosiowe powierzchnie cylindryczne. W prądnicach z biegunami wydatnymi szczelina powietrzna na obwodzie wirnika nie jest równomierna, najmniejsza jest szczelina w osi bieguna natomiast największa w przestrzeni między biegunami.

Prądnice synchroniczne o bardzo małej mocy są budowane z magnesami trwałymi. Samowzbudne prądnice synchroniczne małej mocy mają bieguny wydatne na stojanie. Inne rodzaje maszyn synchronicznych są zwykle budowane z biegunami utajonymi lub wydatnymi umieszczonymi w wirniku. Przy biegunach utajonych uzwojenie wzbudzenia umieszczone w żłobkach jest wytrzymałe na działanie sił odśrodkowych, jakie powstają przy dużej prędkości obrotowej wirnika.

Prądnice z biegunami utajonymi na wirniku nazywa się również prądnicami z wirnikiem cylindrycznym lub prądnicami turbinowymi (turboprądnice). Prądnice turbinowe są budowane o stosunkowo małej średnicy, natomiast o znacznej długości osi wirnika. Bieguny wykonywane są jako odlewy staliwne albo z blach. Niekiedy z blach wykonywane są tylko zewnętrzne części biegunów nazywane nabiegunnikami. W porównaniu z prądnicami turbinowymi prądnice wydatno - biegunowe są krótkie lecz o większej średnicy. Prądnice synchroniczne stosowane w elektrowniach wodnych są napędzane turbinami wodnymi charakteryzującymi się małą prędkością obrotową. Przy małej prędkości obrotowej prądnica musi mieć dużą liczbę biegunów. Prądnice synchroniczne o biegunach wydatnych i dużej liczbie biegunów, nazywa się niekiedy hydroprądnicami, ponieważ mogą być stosowane w elektrowniach wodnych.

Z powyższych opisów budowy prądnicy synchronicznej wynika, że wirnik w tych maszynach jest magneśnicą, która obracając się indukuje w uzwojeniu stojana siłę elektromotoryczną. Stojan jest więc tą częścią prądnicy, w której wytwarza się prąd elektryczny, a zatem jest twornikiem. Pod tym względem prądnice synchroniczne prądu przemiennego mają budowę odwróconą w stosunku do prądnic prądu stałego co zilustrowano na rysunku.

To odwrócenie budowy jest podyktowane względami praktycznymi. W prądnicach prądu stałego twornik musi być ruchomy, gdyż w jego przewodach wytwarza się prąd przemienny, który jest prostowany za pomocą mechanicznego prostownika, jakim jest komutator. Natomiast w prądnicach prądu przemiennego nie zachodzi konieczność prostowania wytworzonego prądu, twornikiem może być stojan, z którego zacisków odbiera się wytworzony prąd bez styków ruchomych, jakimi są szczotki i pierścienie ślizgowe. Istnieje co prawda potrzeba doprowadzenia prądu stałego do wirującej magneśnicy, ale moc tego prądu wynosi zaledwie 2 ÷ 5% mocy maszyny, co znacznie zmniejsza wymiary i upraszcza konstrukcję pierścieni i szczotek.

5. Przesył i rozdział energii elektr.

Linie zasilające zakłady przemysłowe i inne obiekty mogą być prowadzone jako napowietrzne lub kablowe. Linia napowietrzna o małym zagrożeniu pożarowym może spowodować pożar tylko w przypadku zerwania przewodów - może dojść wówczas do zwarcia i wystąpienia łuku elektr. Sytuacjom tym zapobiega zachowanie przepisowych odległości linii od materiałów palnych i innych zagrożonych obiektów. Większe zagrożenie poż. stwarzają linie kablowe. Same kable zawierają sporo mat. palnego. Materiały używane do izolacji (polwinit, poliester, guma, papier, itp. są mat. palnymi.

Przyczyny pożarów kabli:

- zwarcie w kablu z ziemią lub międzyfazowe powstałe w wyniku zwarcia łukiem elektr.,

- przeciążenie cieplne spowodowane dużą obciążalnością prądową kabli, złe odprowadzanie ciepła, słaba wentylacja,

- zapalenie kabla przez czynniki zewnętrzne np. żarzący się metal lub ciecz palną przedostającą się przez niedostatecznie szczelną pokrywę kanału kablowego, nieprzestrzeganie przepisów p.poż.

Sposoby prowadzenia i układania linii kablowych:

- w rowie ziemnym - stosuje się w zakładach szczególnie niebezpiecznych np. rafineriach,

- w rurach betonowych, kamionkowych lub ceramicznych,

- prowadzenie kabli na estakadach lub drabinach - bezpieczne ze względu na możliwość zauważenia pożaru,

- tunele i kanały kablowe - najbardziej niebezpieczne ze względu na dużą ilość kabli i możliwość rozprzestrzeniania się pożaru z jednego kabla na drugi oraz wzdłuż kanału (brak przegród).

6. Transformatory energetyczne.

A) Budowa i zasada działania.

T. jest zbudowany z rdzenia, rdzeń zbudowany jest ze słupów i jarzm, przekrój rdzenia jest zbliżony do koła. Całość wykonana jest z blachy stalowej odizolowanej wzajemnie cienkim papierem lub lakierem. Blachy wykonuje się ze specjalnych gatunków stali z domieszką krzemu. Uzwojenie pierwotne i wtórne są umieszczone na słupach, uzwojenie wykonuje się z izolowanych przewodów miedzianych o przekroju kołowym lub prostokątnym jako cylindryczne albo krążkowe umieszczone współosiowo z rdzeniem. Rdzeń jest umieszczony w kadzi z olejem mineralnym przykryty pokrywą hermetyczną. T. jest urządzeniem służącym do przetwarzania energii elektr. prądu przemiennego z jednego napięcia w inne o tej samej częstotliwości. Do uzwojenia pierwotnego doprowadza się energię elektr., uzwojenie wtórne stanowi źródło napięcia zasilającego linię przemysłową. Z chwilą doprowadzenia do uzwojenia pierwotnego napięcia, pomimo otwartego uzwojenia wtórnego, w uzwojeniu pierwotnym popłynie prąd. Wzniecony przemienny strumień magnetyczny zamykający się w rdzeniu stalowym transformatora będzie indukował w obu uzwojeniach siły elektromotoryczne. W każdym zwoju siły te będą równe o wartości E' woltów na jeden zwój. Całkowita SEM będzie w każdym zwoju wprost proporcjonalna do liczby zwojów uzwojenia. Największe zagrożenie pożarowe stwarza olej transformatorowy, który jest czynnikiem chłodzącym i jednocześnie izolującym, stosowany jest olej mineralny (palny) - stanowi więc on zagrożenie. jest też wybuchowy, jego temp. zapłonu wynosi 140^oC, a temp. zapalenia ok. 300 ^oC. W temp. powyżej 300 ^oC z oleju wydziela się wodór, metan, acetylen, co podczas palenia się powoduje wzrost ciśnienia do ok. 20 tys. hPa, co powoduje wybuch. Najczęstsze przyczyny prowadzące do tego to:

- uszkodzenie uzwojeń czyli zniszczenie izolacji

- przepięcia tzn. pojawienie się napięcia większego od znamionowego np. piorun,

- prądy wirowe i pasożytnicze w rdzeniu,

- uszkodzenie izolatorów doprowadzających prąd do transf. (przyczyna zwarć i łuku elektr.),

- starzenie się oleju.

Sposoby zabezpieczania to przede wszystkim właściwa budowa (faliste ściany, dobra izolacja) powinien być wyposażony w elektryczne zabezpieczenie zwarciowe i przeciążeniowe, dodatkowe urządzenia zabezpieczające, konserwator oleju, przekaźnik gazowo podmuchowy, a większe w rurę wydechową, termometr, olejowskaźnik. Poza tym nowe transformatory są hermetyczne, pod pokrywą przestrzeń jest wypełniona gazem obojętnym. Duże transf. wielkiej mocy można chronić stałą instalacją gaśniczą - zraszaczową lub CO₂.

7. Instalacje i osprzęt niskiego napięcia.

Jest to sieć wewnętrzna na napięcie 220/380 V albo wyższe, wszystkie przewody instalacyjne izolowane, gołe przewody uziemiające. W skład instalacji wchodzą, sprzęt i osprzęt instalacyjny:

- rurki i uchwyty,

- wszelkie łączniki, gniazda wtykowe, wtyczki, bezpieczniki itp.,

- przewody Cu lub Al., YDY, DY, YADY, ADY, D - drut, L - linka, Y - polwinit np. Dyd - drut, miedź, izolacja.

A) rurki instalacyjne płaszczowe - bergmanowskie, papier nasycony, pokryty od zewnątrz cienkim płaszczem metalowym, są też rurki metalowe bez izolacji i rurki ze szczeliną, rurki gazowe i stalowe zwane pancernymi.

B) puszki odgałęźniki, puszki przelotowe służą do łączenia rozgałęzień lub kontroli stanu przewodów.

C) stosuje się też uchwyty do mocowania tych rurek.

D) łączniki to wszelkiego rodzaju wyłączniki, przełączniki schodowe itp. które dzielą się na puszkowe i drążkowe.

E) Gniazdo wtykowe i wyłączniki służą do przyłączania w sieci odbiorników przenośnych.

F) zabezpieczenia nadmiarowo - prądowe w postaci bezpieczników.

Zagrożenie poż. jest duże na skutek zwarć, przeciążeń w przewodach, pęknięcia elementów oświetleniowych nie domagań instalacji, użytego materiału itp. Dlatego aby tego zapobiec stosuje się wszelkiego rodzaju zabezpieczenia typu bezpieczniki.

8. Silniki prądu stałego.

A) Budowa i zasad działania.

Silnik prądu stałego jest zbudowany z:

- wirnika, którego rdzeń wykonany jest z krążków blachy stalowej o grubości 0,5 mm, odizolowanych wzajemnie od siebie za pomocą cienkiego papieru lub lakieru. W żłobkach rdzenia układa się uzwojenia, jest on wraz z komutatorem umieszczony na wale silnika. Komutator to metalowy pierścień podzielony na wycinki odizolowane wzajemnie od siebie i wału.

- stojan - na obwodzie wewnętrznym są umieszczone elektromagnesy. Rdzenie elektromagnesu są zakończone nabiegunnikami. Na rdzeniach elektromagnesów umieszczane są cewki uzwojenia wzbudzenia wykonane z drutu izolowanego.

B) Zasada działania - w polu magnetycznym wytworzonym przez magnes trwały jest umieszczony przewód w postaci ramki. Prąd elektr. płynąc przez dwie szczotki do komutatora zasila ramkę. Na ramkę działa moment obrotowy, który powoduje wychylenie jej z swojego położenia i obrót wokół osi. W miarę zwiększania się kąta wychylenia wartość momentu obrotowego maleje aż do zera. Jednakże w tym położeniu ramka ma już określoną prędkość obrotową i wskutek bezwładności obraca się co powoduje, że szczotki stykają się z przeciwnymi niż poprzednio wycinkami pierścieni komutatora, powodując odwrócenie kierunku przepływu prądu w ramce. W wyniku jednoczesnej zmiany kierunku prędkości liniowej ramion ramki i kierunku natężenia przepływającego przez nie prądu, działający na ramkę moment obrotowy zapewnia dalszy jej obrót w tym samym kierunku. Rzeczywiste silniki są wyposażone w układ wielu ramek, co zwiększa ich moc i równomierność pracy. Magnes trwały jest najczęściej zastąpiony przez elektromagnes.

C) Rodzaje silników prądu stałego:

- silnik bocznikowy,

- silnik szeregowy,

- silnik bocznikowo - szeregowy.

D)Zagrożenie pożarowe:

- silne iskrzenie między komutatorem a szczotkami,

- pogorszenie warunków chłodzenia spowodowane przez uszkodzenie wentylatora, zapylenie silnika, podniesienie temp. otoczenia,

- uszkodzenie maszyny napędzanej (zatarcie),

- zatarcie silnika spowodowane zniszczeniem łożysk lub wykrzywieniem wału,

- nadmierne obciążenie silnika,

- zwarcia w uzwojeniach spowodowane uszkodzeniem izolacji.

Pożary silników zdarzają się na skutek ich złej eksploatacji. Jeżeli w pobliżu silnika nie ma materiałów palnych to nie dochodzi do rozprzestrzenienia się pożaru. W samym silniku materiałem palnym jest tylko izolacja uzwojeń.

9. Asynchroniczne silniki prądu zmiennego.

A) Budowa i zasada działania silnika asynchronicznego.

Silniki asynchroniczne (indukcyjne) mają dwa uzwojenia (obwody elektr.) umieszczone najczęściej w żłobkach dwu część rdzenia ferromagnetycznego oddzielonych od siebie szczeliną powietrzną. Jedno z uzwojeń jest przyłączone do sieci przemysłowej napięcia przemiennego, natomiast drugie uzwojenie jest zwarte bezpośrednio lub przez impedancję zewnętrzną. Przetwarzanie en. elektr. w en. mech. odbywa się w wyniku indukowania się sił elektromotorycznych w uzwojeniu zwartym (niezasilonym), które wymuszają przepływ prądu w tym uzwojeniu. Silniki asynchroniczne mogą różnić się wykonaniem uzwojenia umieszczonego na ogół w wirniku (w części ruchomej) silnika, które najczęściej nie jest przyłączone do sieci przemysłowej.

Pod tym względem rozróżnia się:

- silniki pierścieniowe (uzwojone), które w żłobkach rdzenia wirnika mają uzwojenia rozłożone o liczbie faz i liczbie par biegunów takiej samej jak uzwojenie stojana, przy czym końcówki tego uzwojenia są przyłączone do pierścieni ślizgowych wirnika i stąd poprzez szczotki elektryczne są wyprowadzone do tabliczki zaciskowej maszyny.

- silniki klatkowe (zwarte), które w żłobkach rdzenia wirnika mają uzwojenie rozłożone wykonane jako prętowe, zwarte na czołach, a w związku z tym, jego końcówki nie są wyprowadzone do tabliczki zaciskowej.

Rozruch silnika jest możliwy wtedy, gdy w okresie rozruchu występuje nadwyżka momentu elektromagnetycznego nad momentem mechanicznym czyli tzw. moment dynamiczny.

Sposoby rozruchów silników asynchronicznych:

- rozruch za pomocą transformatora,

- za pomocą przełącznika gwiazda - trójkąt (tylko silniki pierścieniowe),

- za pomocą dławika włączonego w obwód uzwojenia stojana (siln. dużej mocy),

- za pomocą impedancji włączonej w obwód uzwojenia wirnika(tylko silniki pierścieniowe),

- przez zmianę częstotliwości napięcia zasilania stojana.

Pożary silników zdarzają się bardzo często, głównie na skutek ich złej eksploatacji, ale gdy w pobliżu silnika nie ma materiałów palnych zwykle nie dochodzi do rozprzestrzenienia się pożaru. W silniku materiałem palnym jest izolacja uzwojeń. Profilaktyka pożarowa, oprócz właściwej konstrukcji i wykonania zależnych od producenta, polega na odpowiednim dobraniu silnika do warunków pracy i właściwej jego eksploatacji.

10. Elektryczne urządzenia oświetleniowe.

A) Podstawowe wielkości świetlne i ich jednostki:

- światłość [kandela, cd] - gęstość przestrzenna promieniowania świetlnego w określonym kierunku. l =   , l - światłość,  - str. świetlny,  - kąt przestrzenny jaki tworzy strumień świetlny.

- strumień świetlny [lumen, lm] - ilość energii promienistej (światła) wysyłanej w jednostce czasu przez źródło.

- natężenie oświetlenia - stosunek strumienia  do pow. S na którą strumień pada.

- luminancja - jaskrawość w danym punkcie pow. świecącej określa iloraz światłości l i pow. S źródła prostopadłej do rozpatrywanego kierunku.

- skuteczność świetlna - iloraz strumienia św.  emitowanego przez źródło św. i zużywanej przez nie mocy elektr. P.

B) Budowa lamp.

Lampy żarowe - Źródłem światła w żarówce jest żarnik, wykonany w postaci skrętki 1 lub 2 skrętnej z drutu wolframowego jest on umieszczony wewnątrz bańki szklanej z której zostało wypompowane powietrze (zastosowanie bańki matowej opalizowanej lub mlecznej znacznie zmniejsza luminację żarówki). Żarówki o małej mocy (do 25W) wykonuje się zwykle jako próżniowe, a o większych mocach jako gazowe (wypełnione g. ob. azotem lub kryptonem). Doprowadzenie en. elektr. do żarówek odbywa się za pośrednictwem trzonków. Stosuje się 2 rodz. trzonków - gwintowane (edisonowskie) z gwintem E27 E14 dla żarówek o mocy do 200 W i bagnetowe, które są stosowane w miejscach narażonych na drgania.

Lampy fluoryzujące (świetlówki) - wykonuje się w postaci rur szklanych zakończonych po obu stronach metalowymi denkami, w których są styki przyłączeniowe i elektrody. Rury świetl. wypełnia się parami rtęci o niskim ciśnieniu, zaś ściany wew. pokrywa się luminoforem. Doprowadzenie odpowiedniej wartości napięcia do elektrod powoduje powstanie wyładowań w parach rtęci, które są źródłem niewidzialnego promieniowania nadfioletowego, które jest zamieniane na światło widzialne za pomocą luminoforu (barwa emitowanego światła zależy od składu chemicznego luminoforu).

Zapłon świetlówki umożliwia zapłonnik i dławik. Zapłonnik będący lampą neonową ma jedną z elektrod wykonaną z blaszki bimetalowej wyginającej się pod wpływem temp. W chwili włączenia obwodu blaszki te są oddalone od siebie i wyładowanie następuje tylko w zapłonniku co powoduje wzrost temp. elektrod i w efekcie ich połączenia się, co powoduje zakończenie procesu wyładowania. Elektrody stygną i rozwierają się. Przerwanie obwodu w którym znajduje się dławik o dużej indukcyjności powoduje chwilowy wzrost napięcia do wartości wystarczającej (1000V) do rozpoczęcia wyładowania w rurze świetl. Napięcie w sieci ma wystarczającą wartość aby podtrzymywać proces wyładowania w świetl. Po zaświeceniu świetl. elektrody zapłonnika pozostają rozwarte, gdyż spadek napięcia w świetl. jest mniejszy niż napięcie potrzebne do powstania wyładowania w zapłonniku.

- Lampy rtęciowe - źródłem światła w lampie rtęciowej jest jarznik, mający postać krótkiej rurki ze szkła kwarcowego z wtopionymi na końcach elektrodami. Jarznik jest umieszczony w zewnętrznej bańce ochronnej ze zwykłego szkła, z której wypompowano powietrze. W jarzniku znajdują się pary rtęci i neon lub argon. Lampę rtęciową włącza się do sieci bez stosowania układów zapłonowych.

Lampy sodowe mają podobną zasadę działania.

C) Rodzaje opraw oświetleniowych:

- wnętrzowa - otwarta lub zamknięta, nie zabezpieczona przed wpływami atmosferycznymi, nadaje się do stos. w pom. suchych i czystych.

- zewnętrzna otwarta lub zamknięta, zabezpieczona przed wpływami atmosf. nadaje się do oświetlania ulic, placów, ter. fabrycznych.

- wodoszczelna - przeznaczona do pom. wilgotnych, do ośw. tuneli, kanałów, itp.

- podwodna.

- pyłoszczelna (o różnych stopniach szczelności), powinna być stosowana w pomieszczeniach zapylonych,

- obudowa odporna na wys. temp. przeznaczona do pomieszczeń o wys. temp. w pobliżu urz. grzejnych.

- o. przeciwwybuchowa - przeznaczona do pom. zagr. wybuchem (różne konstrukcje zależnie od KZW).

D) Dobór wymaganego oświetlenia:

- w pomieszczeniach ze zwiększonym niebezpieczeństwem porażenia np. wilgotnych, niskich i ciasnych, w pobliżu powierzchni metalowych stosujemy lampy zasilane obniżonym napięciem 24 V.

- w pomieszczeniach narażonych na możliwość szybkiego rozprzestrzeniania się ognia, gdzie może nastąpić zagrożenie życia np. w salach operacyjnych należy instalować oświetlenie zapasowe.

- pomieszczenia gdzie może powstać panika (sale widowiskowe), gdzie istnieje zagrożenie pożarem lub wybuchem, w pomieszczeniach przechodnich i na przejazdach - oświetlenie ewakuacyjne z niezależnego źródła zasilania.

- oświetlenie stanowiskowe - w sposób zapobiegający tzw. „olśnieniu”.

- przy oświetleniu urządzeń wirujących nie należy używać oswietlenia stwarzającego zjawisko „stroboskopowe” lampy wyładowczej (np. przy tokarkach, piłach, itp.).

- w lampach wyładowczych występuje też zjawisko „tętnienia światła”, co powoduje zmęczenie wzroku - należy unikać przy pracach o dużym skupieniu wzroku lub też stosować dwie lub trzy rury w jednej oprawie albo zasilanie napięciem przesuniętym w fazie.

- lampy rtęciowe głównie jako lampy uliczne.

- stosować właściwie do warunków pracy oprawy np. w pomieszczeniach zagrożonych wybuchem - oprawy przeciwwybuchowe odpowiedniej kategorii zagrożenia wybuchem.

E) Zagrożenie pożarowe

Zagr. poż. w lampach żarowych wynika z temp. bańki szklanej, która zdolna jest spowodować zapłon wielu materiałów łatwozapalnych i mieszanin wybuchowych. Wartość temp. zależy od mocy żarówki, warunków chłodzenia i położenia samej żarówki. Przeciwdziałanie to zastosowanie bezpiecznych odległości od mat. palnych (wg. PN lub instrukcji wytwórcy 0,5m).

Druga przyczyna to iskrzenie w oprawce. Dbać o należyte połączenie styków żarówka - oprawka. Rodzaj stosowanych oprawek oświetleniowych, od skrętki po pęknięciu bańki w dużych żarówkach - osłony. W świetlówkach nieduże zagrożenie stanowi ich osprzęt: dławik, który może nagrzać się do temp. 120 ^oC, a zapłonnik chwilowo osiąga temp. ok. 100 ^oC. W zapłonniku znajduje się palny kondensator papierowy zalany masą topiącą się w temp. 105 ^oC. Zdarzają się przypadki, że przez otworki zapłonnika wyrzucane są płomienie. Ze względu na iskrzące działanie osprzętu stosuje się je w pomieszczeniach zagrożonych wybuchem tylko stosując specjalne konstrukcje osłon (opraw). Lampy rtęciowe są dosyć niebezpieczne pożarowo ze względu na temp jarznika ok. 1000 ^oC - w wypadku pęknięcia bańki ochraniającej jarznik. Należy je umieszczać z tego względu na wysokich masztach - chłodzenie przy opadaniu.

11. Elektryczne urządzenia grzejne.

Elektr. urz. grz. przetwarzają energię elektryczną na użyteczną energię cieplną.

A) Opis urządzeń grzejnych:

- oporowe - nagrzewanie polega na wykorzystaniu ciepła wydzielanego podczas przepływu prądu przez element grzejny o odpowiedniej rezystancji. Materiał jest nagrzewany przez konwekcję (nagrzewanie pośrednie) lub prąd przepływa przez materiał nagrzewany (nagrzewanie bezpośrednie). Do nagrzewania oporowego pośredniego stosuje się:

- oporowe przyrządy grzejne (płytki grzejne, ogrzewacze wnętrzowe, warniki, parniki itd.).

- oporowe narzędzia grzejne (lutownice, żelazka).

- oporowe grzejniki komorowe (piece i suszarki); temp. robocze od 500 ^oC do ponad 1250 ^oC.

Temp. otwartej spirali grzejnej wynosi ok. 1000 ^oC, temp. osłony grzejnika (płytki, rurki) ok. 500 ^oC. Podstawową częścią każdego grzejnika, który wykonuje się z materiałów o dużej rezystancji, małym współczynniku temp., wytrzymałością na wysokie temp. i utlenianie. Wykonuje się je jako elementy okrągłe lub taśmowe ze stopów żelazo - aluminiowych, dla temp. wyższych stosuje się materiały niemetalowe np. węglan krzemu.

- elektrodowe - nagrzewanie polega na wykorzystaniu ciepła wydzielającego się przy przepływie prądu elektrycznego przez elektrolity. Stosuje się piece elektrodowe do nagrzewania materiałów stałych i kotły do nagrzewania wody (zasilane prądem przemiennym) oraz termoelekrtolizery, w których dodatkowo wykorzystuje się zjawisko elektrolizy (zasilane prądem stałym) - niewielkie zagrożenie pożarowe.

- łukowe - nagrzewanie polega na wykorzystaniu ciepła wydzielającego się w łuku elektrycznym podczas przepływu prądu w powietrzu. Piece łukowe stosowane są w hutnictwie do topienia stali. Piece komorowe o nagrzewaniu pośrednim stosuje się do topienia metali stosunkowo łatwo topliwych o temp. topnienia poniżej 1400 ^oC. Piece łukowe bezpośrednie, w których wsad stanowi jedna z elektrod pozwalają uzyskać temp. od 7 do 10 tys. ^oC. Ze względu na nieregularny pobór prądu wywołują zakłócenia innych urządzeń zasilanych z tej samej sieci. Dla uniknięcia tego duże piece zasila się z sieci 110 lub 220 kV, mniejsze z sieci średniego napięcia. Inne środki zaradcze to: ułożenie dodatkowego kabla, zainstalowanie większego transformatora, zamontowanie kompensatora synchronicznego.

- nagrzewanie indukcyjne - jest to proces elektrotermiczny, w którym ciepło powstaje we wsadzie przewodzącym pod wpływem indukowanych w nim prądów wirowych. Buduje się piece indukcyjne rdzeniowe, tyglowe i bezrdzeniowe. Ze względu na zależność mocy wydzielanej przez prądy wirowe od kwadratu częstotliwości zmian strumienia magnetycznego stosuje się często wysokie częstotliwości. Używane w hutnictwie. Nagrzewaniu w tych piecach ulegają tylko materiały o właściwościach ferromagnetycznych.

- pojemnościowe - nagrzewanie polega na wykorzystaniu ciepła strat dielektrycznych w dielektrykach niedoskonałych. W dielektryku niedoskonałym, umieszczonym w zmiennym polu elektrycznym, wydziela się ciepło. Ilość ciepła jest proporcjonalna do kwadratu natężenia pola elektrycznego, częstotliwości i współczynnika strat. Przedmiot nagrzewany umieszcza się między dwiema płytami przewodzącymi, do których doprowadza się napięcie przemienne zwykle o wysokiej częstotliwości (rzędu MHz). Elektrody wraz z wsadem tworzy kondensator grzejny. Zwykle są to nagrzewnice pojemnościowe bez komory grzejnej. Metodę tę można wykorzystywać oczywiście tylko do nagrzewania materiałów nieprzewodzących - tworzyw sztucznych i termoplastycznych, szkła, suszenia drewna i klejenia, pieczenia art. spożywczych. Pole elektryczne o wysokiej częstotliwości zakłóca pracę innych urządzeń, co wymaga ekranowania i ma niekorzystny wpływ na organizm ludzki.

- promiennikowe - nagrzewanie polega na wykorzystaniu energii promieniowania padającego na materiał nagrzewany. Promieniowanie padające na dowolny materiał częściowo ulega przemianie na ciepło. Źródło promieniowania wykorzystywanego do celów grzejnych, nosi nazwę promienników (lampowe, rurkowe, rzadziej ceramiczne i kwarcowe). Promiennik lampowy ma konstrukcję zbliżoną do zwykłej żarówki. Część wewnętrzna powierzchni bańki pokryta jest warstwą aluminium pełniącą rolę odbłysknika. Żarnik wykonany jest ze skrętki wolframowej podobnie jak w żarówce. Istotna różnica między promiennikiem lampowym, a żarówką polega na tym, że temp. żarnika w promiennikach wynosi ok. 1900 ^oC, a w żarówce ok. 2500 ^oC. Dzięki niższej temp. bańka nie nagrzewa się tak jak w żarówce i trwałość promiennika jest kilkakrotnie wyższa. Wadą promienników lampowych jest kruchość baniek szklanych pękających od uderzeń i gwałtownych zmian temp. Pozbawione tych wad są promienniki rurkowe w których skrętka grzejna umieszczona jest w metalowej rurze ochronnej wypełnionej sproszkowanym materiałem elektroizolacyjnym, temp. zewnętrza powierzchni rurki osiąga ok. 700 ^oC.

B) Zagrożenie pożarowe

Elektryczne piece przemysłowe stanowią stosunkowo małe zagrożenie pożarowe ze względu na właściwy dobór urządzeń do pomieszczeń pracy, w których na ogół brak w pobliżu materiałów palnych, obsługa i konserwacja wykonywana jest przez fachowy personel. Duże zagrożenie stanowią grzejniki komunalne, żelazka, grzałki, kuchenki, różne ogrzewacze wnętrzowe. Przyczyny tych pożarów wynikają z nieostrożności obsługujących, pozostawienie w pobliżu materiałów palnych lub wadliwe działanie, zużycie eksploatacyjne.

C) Profilaktyka dot. urządzeń grzejnych.

Polega na poszukiwaniu coraz lepszych i bezpieczniejszych urządzeń, prowadzeniu akcji propagandowych przez służby ochrony p.poż., kontrolach stanu urządzeń grzejnych w zakładach pracy i w innych obiektach użyteczności publicznej, jak też narzucanie na wykonawców budowli przepisów dot. stosowanych urządzeń grzewczych - Rozp. MSW z 03.09.92 w sprawie ochrony p.poż. budynków budowlanych i terenów.

12. Zabezpieczenie odbiorników energii elektrycznej

A) Omówić zabezpieczenie odbiorników od zwarć i przeciążeń.

Urządzeniami przeznaczonymi do zapobiegania skutkom zwarć i przeciążeń są zabezpieczenia nadmiarowo - prądowe. Spełniają one swą rolę poprzez samoczynne wyłączenie odcinka sieci, w którym wystąpiło przeciążenie lub zwarcie. W zależności od roli, jaką spełniają w układzie zabezpieczenia nadmiarowo - prądowe dzieli się na:

1. Zabezpieczenie przed skutkami przeciążeń (przeciążeniowe)

2. Zabezpieczenia przed skutkami zwarć (zwarciowe).

Z uwagi na zasadę działania rozróżnia się trzy zasadnicze rodzaje:

- Zabezpieczenie topikowe, które działają na zasadzie stopienia topika pod wpływem przepływu nadmiernej wartości prądu i tym samym przerywają dopływ prądu do urządzenia. Są to w zasadzie zabezpieczenia zwarciowe.

- Elektromagnetyczne, które dzielą się na wyzwalacze i przekaźniki elektromagnetyczne, służą jako zabezpieczenia zwarciowe.

- Termobimetalowe, które dzielą się na przekaźniki i wyzwalacze termobimetalowe, zabezpieczają przed skutkami przeciążeń.

W/w zabezpieczenia nadmiarowo prądowe przerywają dopływ prądu do urządzenia w stanach nienormalnej, awaryjnej pracy urządzenia, zabezpieczają je przed przekroczeniem dopuszczalnej temp. długotrwale i dopuszczalnej temp. przy zwarciach, to chroni przed uszkodzeniem izolacji, materiału przewodu, styków urządzeń, pożarem, wybuchem, gdyż ze wzrostem prądu temp. rośnie do kwadratu prądu.

B) Zabezpieczenia podnapięciowe - reagują na zmiany napięcia poniżej określonej wartości. Podstawowymi elementami zabezpieczeń podnapięciowych są wyzwalacze i przekaźniki podnapięciowe działające na zasadzie elektromagnetycznej. Spadek napięcia powoduje obniżenie między innymi mocy silnika, a w efekcie grzanie się i spalanie instalacji silnika. Mogą też służyć do sterowania pracą urządzenia w którym elementem wykonawczym jest stycznik z napędem elektromagnetycznym zasilany z tej samej sieci.

C) Zasada działania i budowa oraz charakterystyki urządzeń zabezpieczających nadmiarowo - prądowych.

Zabezpieczenia elektromagnetyczne zbudowane są w oparciu o zasadę działania elektromagnesu. Przez uzwojenie elektromagnesu przepływa prąd pobierany przez urządzenie, a ruchoma zwora utrzymywana jest przez elektromagnes w pewnej odległości od rdzenia za pośrednictwem sprężyny. Gdy prąd w wyniku zakłócenia np. zwarcia, wzrośnie siła wytwarzana przez elektromagnes, przewyższy siłę sprężyny i zwora zostanie w bardzo krótkim czasie (prakt. bezzwłocznie) przeciągnięta. Regulację prądu zadziałania zabezpieczenia dokonuje się przez zmianę szczeliny między zworą a rdzeniem lub przez zmianę siły naciągu sprężyny. Ruch zwory wykorzystuje się do podania impulsu wyłączeniowego do wyłącznika. Jeżeli zabezpieczenie współpracuje z wyłącznikiem zapadkowym, to ruch zwory zostanie przekazany na drodze mechanicznej do zamka. Samo zabezpieczenie nazywamy wyzwalaczem elektromagnetycznym. Gdy jest współpraca zabezpieczenia elektromagnetycznego ze stycznikiem o zwiększonej zdolności wyłączalnej, ruch zwory spowoduje otwarcie zestyku umieszczonego w obwodzie cewki stycznika, impuls łączeniowy zostanie podany na drodze elektrycznej - to także zabezpieczenie nazywamy przekaźnikiem elektromagnetycznym

Zabezpieczenie termobimetalowe - wykorzystywany jest efekt wyginania się elementu wynkonanego z dwóch blaszek o różnym współczynniku cieplnej rozszerzalności liniowej, pod wpływem ciepła wywołanego przez, za pośrednictwem drutu oporowego nawiniętego na bimetal lub bezpośredni przepływ prądu przez sam bimetal.

Zabezpieczenia topikowe - są to urządzenia w których stopienie elementu topikowego powoduje przerwanie obwodu, jeżeli płynący w obwodzie prąd przekracza określoną wartość w ciągu określonego czasu. wkładka topikowa wykonana jest z porcelany posiada na swych końcach metalowe styki służące do połączenia wkładki z podstawą bezpiecznika. Pomiędzy stykami włączony jest topik, dla dużych prądów jeden lub kilka pasków metalowych, dla małych jeden lub kilka okrągłych drucików. Kanał wkładki wypełniony jest piaskiem kwarcowym spełniającym rolę czynnika gaszącego łuk przy stopieniu topika. W chwili stopienia topika ulega też stopieniu wskaźnik zadziałania, sygnalizujący zużycie wkładki topikowej. Wkładki mogą być zwykłe (10A) i zwłoczne działające z opóźnieniem 0,1s. Wkładki szybki działają bezzwłocznie (0,01s).

13. Niebezpieczeństwo porażenia prądem elektrycznym.

A) Opisać skutki oddziaływania prądu na organizm ludzki.

Działanie prądu elektr. może być bezpośrednie, gdy prąd przepływa przez ciało człowieka i pośrednie, gdy prąd nie przepływa przez ciało.

Skutki pośredniego działania prądu - oparzenie łukiem elektr. lub nagrzanymi częściami urządzeń, uszkodzenia oczu wywołane dużą jaskrawością łuku elektrycznego, uszkodzenia mechaniczne ciała wywołane przez wirujące elementy urządzeń eleketr., uszkodzenia mechaniczne ciała spowodowane upadkiem po porażeniu.

Skutki bezpośredniego działania prądu - bezpośrednio przepływający prąd przez ciało człowieka wywołuje w nim szereg zmian fizycznych, chemicznych i biologicznych zwanych porażeniem, a prąd wywołujący te zmiany prądem rażenia. Działanie prądu rażenia może być - elektrolityczne - cieplne. Oba te działania mogą zachodzić jednocześnie przy czym prąd o natężeniu od kilku do kilkunastu mA, ma w większym stopniu działanie elektrolityczne, o natężeniu od 1 do kilku Amper - działanie cieplne. Działanie elektrolityczne na organizm ludzki ma nie tylko prąd stały ale i przemienny. Prąd o częstotliwości 10000 Hz i > nie ma działania elektrolitycznego, a cieplne.

Działanie elektrolityczne - powoduje zaburzenia w układzie nerwowym, wywołujące skurcz mięśni, porażenia ośrodków oddychania, porażenie mięśnia sercowego. Może to spowodować utratę przytomności, omdlenie, śmierć. Ciepło wydzielające się w organizmie podczas przepływu prądu powoduje rozkład lub całkowite zniszczenie komórek, spalenie tkanek , uszkodzenie narządów wewnętrznych, spalenie skóry. Jeżeli występowało przede wszystkim działanie cieplne, rażony nie traci przytomności i bezpośrednio po wypadku może czuć się dobrze. Po kilku jednak dniach, na wskutek obrażeń organów wewnętrznych i wynikłego stąd ogólnego zatrucia, może nastąpić pogorszenie i śmierć. Reakcja organizmu na porażenie zależy przede wszystkim od wartości prądu rażenia i stanu zdrowia porażonego. Badania wykazują, że przy długotrwałym przepływie prądu rażenia (ponad 3s) na drodze przepływu ręka-ręka lub ręka-noga (ośrodki nerwowe i serce) prąd przemienny o częstotliwości 50 Hz, u dorosłego, zdrowego człowieka powodują:

- 0,5 mA - brak reakcji organizmu,

- 1 mA - próg odczuwania,

- 1 do 3 mA - odczuwanie bezboleśnie groźne,

- 3 do 10 mA - odczuwanie bolesne, początek skurczów mięśni,

- 30 mA - początek paraliżu dróg oddechowych,

- 75 mA - początek migotania komór serca,

- 250 mA - migotanie komór serca 99,5% po 5s,

- 4 A - paraliż, zatrzymanie pracy serca,

- 5 A - zwęglanie się tkanek organizmu.

Prąd o natężeniu > od 75 mA jest zwykle śmiertelny. Prawdopodobieństwo powstania powyższych uszkodzeń organizmu rośnie wraz z czasem przepływu prądu rażenia. Dla czasów > niż 3s, za granicę bezpieczną przyjmuje się 25 mA. Wynika to z rezystancji człowieka równej 1000 omów, dla jednej fazy. Za napięcie dotykowe bezpieczne prądu przemiennego przyjmuje się 25 V. Siła rażenia zależy też od: czasu działania, wilgotności naskórka, wartości napięcia, długości drogi przepływu.

B) Omówić zasadę ochrony przeciwpożarowej.

Środki administracyjno - porządkowe: w celu zapewnienia bezpiecznej obsługi samych urządzeń wprowadzono przepisy szczegółowo ustalające zasady eksploatacji urządzeń elektroenergetycznych, wymagane kwalifikacje i uprawnienia osób sprawujących dozór i obsługę. Osoby sprawujące dozór lub obsługę, oprócz wymaganych na danym stanowisku kwalifikacji zawodowych, muszą złożyć egzamin ze znajomości przepisów w zakresie właściwej grupy urządzeń. Egzaminy te przeprowadzają komisje powołane przez jednostki nadrzędne określone rozporządzeniem Ministra Energetyki.

Komisje wydają zaświadczenia kwalifikacyjne w zakresie:

- dozoru nad eksploatacją urządzeń energetycznych,

- eksploatacji urządzeń energetycznych.

Zaświadczenia kwalifikacyjne mogą dotyczyć urządzeń o napięciu do 1kV lub bez ograniczeń napięcia. Egzamin podlega powtórzeniu okresowo co 5 lat. Osoby sprawujące dozór są odpowiedzialne między innymi za przygotowanie całego zakładu i poszczególnych urządzeń.

Odpowiedni fragment instrukcji powinien znajdować się przy urządzeniu - stanowisku pracy. Przepisy określają kto i jakie prace może wykonywać bez polecenia, na polecenie ustne lub pisemne, jakie środki ostrożności muszą być zachowane, w zależności od wykonywanej pracy, przy użyciu jakiegoś sprzętu i narzędzi ochronnych można te prace wykonywać. Przepisy wprowadzają obowiązek przeprowadzania okresowych pomiarów rezystancji izolacji przewodów, rezystancji uziemień roboczych i ochrony p.poż. oraz skuteczności zerowania.

Środki techniczne - (określone są w zarządzeniu Ministra Górnictwa i Energetyki oraz Min. Bud. i Prze. Mat. Bud.) zastosowanie odpowiedniego ośrodka ochrony p.poż. jest uzależnione od największej wartości skutecznej napięcia roboczego oraz od okoliczności wpływających na zwiększenie niebezpieczeństwa porażenia. Można nie stosować ochrony p.poż. w obiektach roboczych urządzeń spawalniczych, elektrotermicznych i elektrotechnicznych, jeżeli względy techniczne nie pozwalają na ich wykonanie, ale jedynie pod warunkiem zastosowania ochronnych środów technicznych oraz organizacyjnych, skutecznie ograniczających prawdopodobieństwo porażenia.

Techniczne środki ochrony p. porażeniem to:

- ochrona podstawowa,

- ochrona dodatkowa,

- obostrzona ochrona dodatkowa.

C) Co to jest ochrona podstawowa (z wyjątkiem przypadków wymienionych wyżej) - jest to ochrona która musi być stosowana we wszystkich urządzeniach i bez względu na rodzaj pomieszczenia. Ochrona podstawowa powinna zapobiegać:

- zetknięciu się człowieka z częściami obwodów elektrycznych, znajdujących się pod napięciem,

- udzielaniu się napięcia przedmiotom lub częściom przewodzącym, które nie powinny znajdować się pod napięciem względem ziemi,

- szkodliwemu oddziaływaniu na otoczenie łuku elektrycznego który może wystąpić przy pracy normalnej i awaryjnej urządzeń elektrycznych.

Ochronę podstawową stanowią: izolacja robocza, z wyjątkiem powłok z emalii lub lakieru, warstw tlenków i materiałów włóknistych, osłony wykonane wg właściwej normy, których nie można usunąć bez użycia narzędzi, oraz umieszczenie elementów znajdujących się pod napięciem poza zasięgiem ręki.

D) Co to jest ochrona dodatkowa.

Ochrona mająca za zadanie zapobieganie utrzymywaniu się niebezpiecznego napięcia dodatkowego. Polega na zastosowaniu jednego z następujących środków:

- zerowania, uziemienia ochronnego, sieci ochronnej, wyłącznika przeciwporażeniowego, izolacji ochronnej, ochronnego obniżenia napięcia roboczego, separacji, izolowanie stanowisk.

F) Podać schemat i zasadę działania wyłącznika przeciwporażeniowego.

Wyłączniki p.porażeniowe są to wyłączniki samoczynne, zapobiegające utrzymywani się niebezpiecznego napięcia na częściach metalowych, które nie są elementami obwodu elektrycznego.

W zależności od zasady działania mechanizmu napędowego rozróżnia się:

- wyłączniki napięciowe,

- wyłączniki różnicowo-prądowe.

Stosuje się jako środek ochrony dodatkowej lub obostrzonej w urządzeniach do 500V.

Wyłączniki napięciowe powinny wyłączać z sieci zabezpieczone urządzenia w czasie do 0,2 s od chwili pojawienia się między zaciskami wyłącznika (przeznaczonymi do przyłączenia przewodu ochronnego) a ziemią odniesienia, napięcia nie wyższego niż 65 V w przypadku II stopnia niebezp. porażenia i 24 V w przypadku III stopnia niebezp. porażenia.

Wyłączniki różnicowo-prądowe powinny wyłączać z sieci zabezpieczane urządzenie, w czasie nie dłuższym niż 0,2s od chwili wystąpienia prądu różnicowego, równego znamionowemu prądowi wyzwalającemu wyłącznik. Wyłącznik powinien działać nawet w przypadku przerwy w jednym z obwodów roboczych przyłączonych do wyłącznika. Stosuje się je w sieciach przemienno - prądowych, jeżeli prąd znamionowy przekracza 30 mA, wolno je stosować w układach z bezpośrednio uziemionym punktem zerowym.

14. Opisać zjawiska stwarzające zagrożenie pożarowe urządzeń elektr.

A) Przepływ prądu przez rezystancję:

Rezystancja jest to opór jaki stawia przewodnik przepływającemu przez niego prądowi elektr. określana jako stosunek napięcia elektr. między końcami przewodnika do natężenia prądu przepływ. przez przewodnik. Zależy on od:

- wielkości geometrycznych przewodnika,

- materiału przewodnika,

- temp. przewodnika (dla metali wzrasta ze wzrostem temp. a dla takich przew. jak roztwory soli, kwasów, węgla, rozrzedzonych gazów i zanieczyszczonej wody maleje ze wzrostem temp. Z pojęciem rezystancji spotykamy się przy materiałach izolacyjnych, gdzie główną przyczyną pożarów są wady izolacji, od jakości której uzależnione jest bezpieczeństwo poż. całej instalacji. Wady są nastepstwem starzenia się izol. co w licznych przypadkach jest źródłem powstawania tzw. zwarć tępych tj. występujących w miejscu uszkodzenia izolacji. Zwarcia te występują zwykle bez żadnego związku przyczynowego z działaniem odbiorników prądu, mogą występować przy wyłączonych odbiornikach.

B) Prądy wirowe.

W maszynach i urządzeniach elektr. spotykamy się z częściami z mat. ferromagnetycznych poruszających się w polu magnetycznym lub znajdującym się w zmiennym polu magnetycznym. W częściach tych na zasadzie prawa indukcji elektromagnetycznej indukuje się SEM pod wpływem której w masie metalu krążą prądy zwane prądami wirowymi. Prądy wirowe w maszynach i urządzeniach elektr. są niepożądane, gdyż wywołują straty energii zużywane na podniesienie temp. rdzenia obwodu magnetycznego. W rdzeniu transformatorów energetycznych powodują uszkodzenia (pożar żelaza tj. rdzenia blach transf.). Prądy wirowe są wynikiem uszkodzenia izolacji między blachami rdzenia bądź też nagromadzenia między blachami ciał przewodzących prąd np. kurz, opiłki, wióry metalowe itp. Prądy wirowe mogą także powstawać w metalowych płaszczach kabli jednofazowych lub w rurach, w których prowadzi się kable lub przewody, mogą się indukować w każdym przedmiocie wykonanym z metalu o wł. ferromag. który znajdzie się w zmiennym i silnym polu magnet. Pole takie powstaje wokół przewodów instalacji odgromowej w czasie, gdy płynie prąd piorunowy, a także wokół linii wysokiego napięcia, masztów antenowych, radiostacji itp.

C) Prądy upływu.

Prąd upływu jest to prąd czynny płynący w izolacji układów pojemnościowych na skutek jej niedoskonałości. Kondensator idealny całą energię elektr. pobraną ze źródła zamienia na energię pola elektr. i nie wydziela się ciepło. Moc czynna P=0. W kondensatorze rzeczywistym przez warstwę materiału izolacyjnego między okładzinami płynie niewielki prąd upływowy w fazie z napięciem, który powoduje pobór mocy ze źródła, co objawia się w postaci ciepła nagrzewającego materiał izolacyjny. Energia tracona będzie tym większa im mniejsza będzie rezystancja izolacji. Prądem upływu jest także prąd płynący do ziemi przez pewną rezystancję, niezależnie od prądu roboczego. Układy takie występują w sieciach elektrycznych prądu stałego gdzie ziemia spełnia rolę przewodu ujemnego (np. w trakcji elektrycznej) lub w sieciach trójfazowych prądu przemiennego z punktem zerowym uziemionym, gdzie ziemia stanowi przewód zerowy. Prąd upływu przez izolację kabli lub przewodów może stanowić zagrożenie poż. w miejscach uszkodzenia izolacji lub izolacji bardzo starej, której rezystancja na skutek starzenia się maleje, a prąd rośnie wydzielając ciepło. To powoduje dalsze szybsze niszczenie izolacji prowadząc do zwarcia i jej zapalenia. Zagrożenie pożarowe prądów upływu zwiększa fakt, że są one zbyt małe, aby spowodować stopienie wkładki bezpiecznikowej. Powoduje to długotrwałe nagrzewanie miejsca przez które przepływa iskrzenie. Jest szczególnie niebezpieczne w miejscach składowania materiałów i gazów palnych. Zapobieganie: stosować uziemienie i kontrolować stan uziemień i izolacji przewodów.

D) Łuk elektryczny.

Jest to silnie zjonizowany, przewodzący gaz, występujący między elektrodami, lub stykami wyłącznika. Łuk może powstać w czasie otwierania wyłączników pod obciążeniem, w przypadku awarii, kiedy na skutek uszkodzenia izolacji powstaje zwarcie łukowe lub przy zerwaniu przewodu fazowego sieci. Powstanie łuku spowodowane jest jonizacją gazu, która jest zjawiskiem wymuszonym. Jest ona wynikiem współdziałania dwóch czynników: jonizacji zderzeniowej, zależnej dla danego gazu o określonym ciśnieniu przede wszystkim od wartości natężenia pola elektrycznego, a przy odstępie między elektrodami l=const. od napięcia U przyłożonego do elektrod oraz jonizacji cieplnej, zależnej dla danego gazu przede wszystkim od wartości prądu łuku. W czasie otwierania obwodu z prądem następuje rozdzielanie się styków zestyku, styki tracą styczność, powierzchnia styków i docisk maleją, rezystancja przejścia rośnie, wskutek czego styki rozgrzewają się do wysokiej temp. Jeden z rozdzielających się styków jest elektrodą dodatnią (anodą) drugi katodą (w obwodach prądu sinusoidalnego w każdej połówce sinusoidy styki zmieniają swoje znaki). Szczególnie w czasie przerywania dużego prądu następuje tak silne rozgrzanie styków, że zostają z nich wyrzucane elektrony - zjawisko to nazywa się emisją lub termoemisją.

Zjawisko łuku elektr. jest niepożądane w różnego rodzaju wyłącznikach i urządzeniach. Niebezpieczeństwo pożarowe łuku potęguje fakt, że zjawia się on błyskawicznie i potrafi wędrować. Niszczy on materiały izolacyjne, stapia przewody i konstrukcje, może także porazić i śmiertelnie poparzyć. W pomieszczeniach zamkniętych pod wpływem wysokiej temp. łuku następuje rozkład i miejscowy wzrost ciśnienia. Pojawia się w związku z tym zjawisko wydmuchiwania zjonizowanych gazów, które trafiając na materiał palny natychmiast go zapalają.

Zapobieganie: udoskonalenia konstrukcyjne (specjalne konstrukcje wyłączników), dejonizacja kanału połukowego, chłodzenie powietrzne lub gazowe, wypełniając zagrożenie przestrzenie urządzeń gazami obojętnymi i gaśniczymi.

E) Prądy przeciążenia.

Przeciążenie jest to stan pracy urządzenia elektrycznego w którym pra przekracza od kilku do kilkuset % wartości prądu znamionowego tego urządzenia. Stan ten powoduje wydzielanie się ciepła, które rośnie do kwadratu płynącego przez to urządzenie prądu. Następuje grzanie się instalacji i przekroczenie temp. dopuszczalnych długotrwale. Następstwem jest przyspieszone starzenie się izolacji przewodów, materiału przewodu, iskrzenie styków co w sprzyjających warunkach może spowodować pożar. Dla przeciwdziałania negatywnym skutkom stosuje się zabezpieczenia np. zabezpieczenia i wyzwalacze termobimetalowe.

F) Prądy zwarcia.

Zwarcie ma miejsce w przypadku uszkodzenia izolacji i jest małooporowym połączeniem punktów obwodu będących względem siebie pod napięciem. Prąd zwarciowy przewyższa wartość prądu znamionowego od kilkunastu do kilkuset razy. Ponieważ prąd jest dużo większy jak przy przeciążeniach, temp. są dużo wyższe, co powoduje duże zagrożenie poż. szybkie zniszczenie przewodów i elementów urządzeń. (działanie cieplne i dynamiczne). Zabezpieczenia przed negatywnym oddziaływaniem prądów zwarcia to stosowanie: zabezpieczeń topikowych oraz przekaźników i wyzwalaczy elektromagnetycznych, właściwa izolacja, odstęp między częściami wiodącymi prąd, oraz projektowanie urządzeń tak aby prądy zwarcia nie były większe od wytrzymałości zwarciowej urządzeń.

Występują: zwarcia dwufazowe-połączenie elektryczne przewodów należących do dwóch faz obwodu trójfazowego i zwarcie jednofazowe z ziemią pojawia się wówczas, kiedy jedna faza połączy się z ziemią w sieci o uziemionym punkcie zerowym.

Doziemienie - występuje w przypadku połączenia jednej fazy z ziemią w sieci o izolowanym punkcie zerowym lub sieci kompensowanej. Prąd doziemny nie ma cech charakterystycznych prądu zwarciowego. Niebezpieczeństwo poż. stanowi również łuk elektryczny, który może zapalić się przy zwarciach.

Działanie dynamiczne wynika z prawa Laplacca: wartość siły działającej pomiędzy dwoma równoległymi przewodami z prądem jest wprost proporcjonalna do iloczynu tych prądów i odwrotnie proporcjonalna do odległości między nimi. Gdy zwroty zgodne to przewody przyciągają się, gdy przeciwne to odpychają.

Prądy zwarcia charakteryzują się występowaniem dużych sił i mogą być przyczyną mechanicznego uszkodzenia generatorów, transformatorów i przekładników prądowych, rozrywania szynm łamania izolatorów.

15. Opisać zjawisko elektryczności statycznej.

A) Ładunki elektryczne, dodatnie lub ujemne, mogą gromadzić się na powierzchni ciał stałych, cieczy, a także na cząsteczkach zawiesiny i pyłu, na skutek różnych przyczyn.

Elektryzacją, nazywa się proces powstania i gromadzenia ładunków elektrycznych. Naelektryzowaniu mogą podlegać zarówno materiały przewodzące jak i dielektryki. Mechanizm elektryzacji jest bardzo złożony, ponadto istnieje szereg różnych teorii opisujących to zjawisko. Proces elektryzacji zachodzi w obszarze istniejących lub dopiero tworzących się powierzchni granicznych materiałów. Na granicy styku dwóch różnych ciał powstaje podwójna warstwa ładunków elektr. Warstwy te po obu stronach powierzchni styku tworzą nadmiar ładunków jednakowej wielkości, ale o przeciwnych znakach. Warstwa podwójna może tworzyć się na powierzchni styku ciał stałych lub ciała stałego i cieczy. Analogiczna warstwa podwójna tworzy się przy mechanicznych procesach przemieszczania materiałów wzdłuż ich wspólnych powierzchni granicznych (np. przy tarciu materiałów stałych lub przepływie cieczy przez rury) albo przy przesuwaniu względem siebie (np. nawijaniu folii na walec).

W miejscu styku ładunków przeciwnego znaku występują prądy zwrotne, które znacznie zmieniają naładowanie elektrostatyczne. Jeżeli gęstość prądu naładowania jest większa niż gęstość prądu zwrotnego to elektrostatyczne zbiory ładunków pozostają na obu materiałach. Także zawiesiny i pyły mają zdolność ładowania. Cząstki pyłu elektrolizują się na skutek tarcia o siebie lub o powietrze, tworząc chmury ładunków przestrzennych.

Czyste gazy elektryzują się tylko wtedy, gdy podczas rozprężania przez skraplanie lub sublimację powstają kropelki cieczy lub śnieg. Czyste gazy techniczne nie zawierają szczególnie przy procesach przepływu pyłów, cząstek rdzy oraz innych stałych cząstek i w czasie operacji nimi nie następuje elektryzacja tych cząstek. Ładunki mogą też gromadzić się na izolowanych od siebie przedmiotach przewodzących lub osobach przebywających w pobliżu naelektryzowanych przedmiotów - zjawisko to nosi nazwę indukcji elektrycznej. Wartość zgromadzonego ładunku zależy od bardzo wielu zmieniających się czynników między innymi od właściwości obu materiałów (im bardziej różnią się stałe dielektryczne materiałów, tym silniejsza będzie elektryzacja), rodzaju powierzchni, jakości styku, czasu jego trwania, układu geometrycznego materiałów. W przypadku tarcia materiałów o siebie największy wpływ ma wartość ładunku na energię zużytą przy tarciu, ponadto tarcie powoduje zwiększenie powierzchni styku. Znak powstającego ładunku zależy przede wszystkim od rodzaju stykających się ciał, stanu powierzchni, zanieczyszczeń, wilgotności, sposobu obróbki. Nie ma uniwersalnej reguły dokładnego określenia znaku powstających ładunków w trakcie operacji z materiałami technicznymi w przemyśle. W odniesieniu do materiałów nie przewodzących istnieje reguła, według której ciało o większej stałej dielektrycznej elektryzuje się dodatnio w zetknięciu z ciałem o stałej dielektrycznej mniejszej. Reguły tej nie stosuje się do przewodników.

B) Warunki w jakich może nastąpić zagrożenie pożarowe i wybuchowe.

Sam fakt naelektryzowania się materiałów nie stwarza jeszcze zagrożenia pożarowego, a zwłaszcza wybuchowego. Może stać się dopiero wyładowanie iskrowe ładunków elektrostatycznych. Bezpośrednia przyczyna zagrożenia poż., a zwłaszcza wybuchowego może stać się dopiero wyładowanie iskrowe ładunków elektrostatycznych. Jego energia jest stosunkowo duża, znacznie większa od energii iskier mechanicznych i zdolna do wywołania zapłonu mieszaniny wybuchowej. Wyładowania iskrowe ład. elektrostat. stwarzają przede wszystkim zagrożenie wybuchem jeżeli przeskok iskry nastąpił w atmosferze mieszaniny wybuchowej. Praktycznie można przyjąć, że elektryczność statyczna nie stanowi w ogóle albo małe zagrożenie pożarowe. Energia iskier jest zbyt mała, aby spowodować zapalenie materiałów palnych, chyba że znajdują się one w postaci podatnej na zapalanie np. bardzo rozdrobnione. Natomiast spowodowanie wybuchu przez iskry wyładowania elektrostatycznego jest bardzo prawdopodobne pod warunkiem, że w przestrzeni znajduje się mieszanina o stężeniu wybuchowym, oraz energia iskry jest większa od minimalnej energii zapłonu danej mieszaniny wybuchowej.

Za dopuszczalną (maksymalną) energię naładowania elektrostatycznego E dla pomieszczeń lub instalacji zagrożonych pożarem lub wybuchem uważa się taką całkowitą energię naładowania, która nie przekracza 0,1 wartości minimalnej energii zapłonu mediów palnych lub wybuchowych bądź mieszanin wybuchowych z powietrzem. Wyładowanie może zachodzić w gazie, w którym znajdują się wolne ładunki elektryczne, na które oddziałuje pole elektryczne. Pod działaniem pola ruch jonów w gazie zmaga się, wskutek czego przy prędkościach wywołujących jonizację zderzeniową, następuje gwałtowny wzrost prądu. W gazie zachodzi wtedy wyładowanie niesamodzielne, przejawiające się w postaci charakterystycznej poświaty, a pod ciśnieniem atmosferycznym, również w postaci słabego szumu. Są to tzw. wyładowania snopowe i ślizgowe. Wyładowanie niesamodzielne nie jest zjawiskiem stabilnym, gdyż jonizacja zderzeniowa szybko przeistacza się w jonizację lawinową. Wyładowanie takie może nastąpić w polu niejednorodnym, w miejscach, gdzie natężenie pola osiąga wartość krytyczną (niezbędna do wywołania jonizacji zderzeniowej), która w powietrzu w warunkach normalnych wynosi od 25 do 30 kV/cm. Natężenie pola jest największe w pobliżu powierzchni naładowanych przewodników, szczególnie wokół ostrych krawędzi, wystających krawędzi. Jeżeli przy ustalonej wartości napięcia jonizacja zderzeniowa rozprzestrzenia się między elektrodami w określonym kierunku wówczas wyładowanie niesamodzielne przechodzi w wyładowanie iskrowe. Wyładowanie takie ma charakter złożony oscylacyjny, jest to w zasadzie elektryczne przebicie gazu. Napięcia, które wywołują przebicie, zależą od materiału elektrod, rodzaju gazu, ciśnienia i temp., wymiarów elektrod i kształtu oraz położenia względem siebie. Odporność gazu na przebicie zależy od zanieczyszczeń jakie się w nim znajdują i wilgotności (powietrze wilgotne bardziej odporne na przebicie). Typowym przypadkiem wyładowania elektrostatycznego jest przeskok iskry przy rozdzielaniu dwóch naładowanych warstw materiałów (układ kondensatora płaskiego).

C) Stosowane środki przed elektrycznością statyczną

- Uziemienie - powoduje wyrównanie potencjału wszystkich części urządzeń produkcyjnych co uniemożliwia przeskok iskry jednocześnie odprowadzenie wytworzonego ładunku do ziemi,

- zwiększenie przewodności materiałów - jest najskuteczniejszym środkiem ponieważ zapobiega tworzeniu się ładunków i utrzymywaniu się ich w materiałach.

- nawilżanie powietrza - powoduje zwiększenie jego wytrzymałości elektrycznej ponieważ ładunek rozprasza się na kroplach wilgoci, nie tworzy większych skupisk i natężenie pola elektrycznego nie osiąga wartości zdolnych wywołać wyładowanie iskrowe,

- jonizacja powietrza - polega na wytworzeniu w wymaganym miejscu w odpowiednio dużej ilości jonów dodatnich i ujemnych. Jony mające znak przeciwny znakowi ładunku, na materiale naelektryzowanym zobojętniają ten ładunek,

- odprowadzenie ładunku - polega na zobojętnieniu naelektryzowanego materiału przez bezpieczne odprowadzenie ładunku zanim powstanie możliwość przeskoku iskrowego, a więc odprowadzeniu ładunków w czasie jego powstawania. W większości przypadków jest to uziemienie,

- tworzenie ładunków o przeciwnym znaku - stosowane jest szczególnie do zmniejszania elektryzacji materiałów włókienniczych (np. wykonanie prowadnic ze szkła i stali i ścisły styk materiałów).

- wentylacja - działa pośrednio poprzez usunięcie z pomieszczeń mieszaniny wybuchowej, więc wyładowania iskrowe nie będą stanowiły zagrożenia,

- stosowanie bezpiecznego reżimu technologicznego - ma na celu ograniczenie powstawania ładunków elektrostatycznych do minimum,

- zalecenia w stosunku do personelu produkcyjnego mają na celu niedopuszczenie do gromadzenia się ładunków elektrostatycznych na pracownikach bezpośrednio lub przez indukcję. Jeżeli ładunki takie powstają muszą być możliwie szybko odprowadzone do ziemi poprzez stosowanie właściwych wykładzin podłogowych z tworzyw sztucznych (rezystywność skośna do 10 cm), stosowanie właściwego obuwia (guma przewodząca, miękka porowata skóra). Wyeliminowanie z odzieży włókien syntetycznych, uziemienie podłóg nieprzewodzących.

16. Wyładowania atmosferyczne.

A) Mechanizm wyładowania atmosferycznego i jego skutki.

Źródłem energii wyładowania jest energia pola elektrostatycznego występującego w chmurze burzowej lub między chmurą, a ziemią. Pole to powstaje na skutek nagromadzenia ładunku elektrycznego w ograniczonym obszarze chmury burzowej. Jedną z teorii jest powstawanie ładunków na skutek rozrywania kropel wody przez prądy powstałe w skutek ruchów termicznych. Inna uzasadnia to procesami narastania, zanikania i rozrywania kryształków lodu w chmurze burzowej. Kryształki zderzając się ze sobą, rozpadają się na cząstki naładowane dodatnio i ujemnie. Cząstki dodatnie dążą do najwyższych partii chmury, naładowane ujemnie opadają niżej i skraplają się pod wpływem ciepła. W rzeczywistości na powstanie ładunków w chmurach ma wpływ prawdopodobnie wiele różnych zjawisk, działających jednocześnie. Naładowana chmura burzowa, pomimo że zawiera znaczny ładunek przestrzenny, nie ma właściwości przewodzących, zatem układ chmura-ziemia można uważać za układ dwóch przewodzących okładzin kondensatora. Na skutek przenoszenia ładunków przez deszcz oraz przez indukcję, powierzchnia ziemi uzyskuje ładunek dodatni. Można przyjąć, że prąd w kanale wyładowania powstaje w wyniku indukowania coraz większych ładunków wzdłuż kanału pod działaniem pierwotnego pola elektrycznego. Można przyjąć, że prąd w kanale wyładowania powstaje w wyniku indukowania coraz większych ładunków wzdłuż kanału, pod działaniem pierwotnego pola elektrycznego. Wg badań, uderzenie pioruna w średnio wysoki obiekt (100 - 200 m) przedstawiają zwykle dwie fazy:

Faza I - wyładowanie wstępne (pilotujące) od chmury do ziemi. Przy wielkich kroplach deszczu zapoczątkowanie wyładowania może nastąpić już przy natężeniach pola elektrycznego pierwotnego, rzędu 10 kw/cm. Jeżeli powstają warunki dla rozwoju lawin elektronowych, to przechodzą one w kanał plazmowy, stanowiący zwarcie i wzmacniający pole elektryczne przed czołem. Prąd wyładowania wstępnego jest stosunkowo niewielki (kilkadziesiąt do kilkuset amperów). Pierwsze uderzenie pioruna ma zwykle wyładowanie wstępne typu schodkowego, tzn. że jego rozwój odbywa się skokami, a regularne schodki świetlne występują na odcinkach wyładowania coraz bliższych ziemi. Między schodkami występują schodki ciemne. Długość schodków wynoszą ok. kilkadziesiąt metrów, a przerwy kilkadziesiąt s. każda nowa strzała daje silne świecenie na nowej części odcinka, tymczasem stara droga świeci znacznie słabiej. Gdy wyładowanie wstępne dojdzie do ziemi następuje wyładowanie główne rozwijające się od ziemi do chmury wzdłuż drogi wyładowania wstępnego. Świecenie wyładowania głównego jest znacznie silniejsze. Prąd wyładowania głównego, który szybko neutralizuje ładunki kanału wyładowania wstępnego, jest rzędu od 10-100m/s. Wyładowanie główne jest fazą rozładowującą biegnącą w czasie kilkudziesięciu s.

Wyładowanie główne odprowadza do ziemi ładunek nagromadzony w czasie wyładowania wstępnego w dolnej części kanału piorunowego. Poza tym dostarcza ładunek przeciwnego znaku, z ziemi do kanału. Wyładowanie głównie można porównać ze zwarciem między dwiema okładzinami kondensatora (ziemia-kanał przewodzący wyładowania wstępnego). Prądy piorunowe wynoszą od 150 do 250 kA. Zdarzają się pioruny pojedyncze składające się z wyładowania wstępnego i głównego, często przy tym wielokrotne (też składają się z dwóch faz). Jeżeli piorun jest wielokrotny to po przerwie 0,01 s do 0,1 s, następuje drugie wyładowanie wstępne, a po nim główne. Proces może się powtórzyć wielokrotnie. Przypuszcza się, że poszczególne uderzenia pioruna wielokrotnego są zasilane z różnych obszarów w chmurze (odległość wielu kilometrów). Wyładowaniom atmosferycznym zawsze towarzyszą efekty akustyczne, zwane grzmotami. Ich powstanie tłumaczy się tym, że w czasie przepływu prądu wyładowania, powietrze w kanale szybko się nagrzewa i rozpręża. Ze względu na szybki przebieg zjawiska i wysoką temp. kanału, proces ten ma charakter wybuchu, któremu towarzyszą efekty akustyczne. Na skutek drgań powietrza rozchodzą się fale dźwiękowe. Po zakończeniu wyładowania temp. w kanale gwałtownie spada, powietrze zmniejsza swą objętość a to znów jest przyczyną rozchodzenia się fal dźwiękowych.

SKUTKI:

Działanie bezpośrednie (gdy przepływa przez obiekt) i występują skutki cieplne i dynamiczne. Skutki cieplne wg. wzoru Q=R*I²*t, R - rezystancja przedmiotu. Przepływ prądu pioruna przez przedmioty palne i nie przewodzące, powoduje pod wpływem ciepła odparowanie wody o charakterze wybuchowym i zapalenie a nawet rozerwanie materiału, spiekanie gruntu (kilka tys. ^oC). Działanie dynamiczne w przedmiotach metalowych, uziemionych i usytuowanych równolegle z siłą proporcjonalną do natężenia prądu i odwrotnie do odległości między nimi.

Działanie pośrednie - spowodowane jest indukcją elektromagnetyczną i elektrostatyczną w instalacjach przewodzących, co powoduje indukowanie dużych napięć prądów i zniszczenie, stopienie izolacji i instalacji nawet gdy odprowadzony jest ładunek instalacją odgromową w pobliżu równolegle umieszczonych instalacji (elektryczne, wodociągowe, CO).

B) Kryteria stosowania ochrony odgromowej zgodnie z PN-85/E-05003/01:

- podział obiektów budowlanych z punktu widzenia ochrony odgromowej,

- rodzaje ochrony odgromowej,

- wybór rodzaju ochrony odgromowej.

1) Obiekty budowlane wymagające ochrony podstawowej,

2) Obiekty budowlane wymagające ochrony obostrzonej,

3) Obiekty budowlane wymagające ochrony w specjalnym wykonaniu,

4) Obiekty budowlane nie wymagające ochrony,

5) Wskaźnik zagrożenia piorunowego.

1

15

---