1. Elementy R.L.C w obwodach prądu sinusoidalnego zmiennego, Narysować _ wy kresy funkcji czasu: prądu, napięcia i mocy chwilowej dla pojedynczych elementów R.L.C. Podać interpretację fizyczną mocy chwilowej dodatniej i ujemnej. Połączenie szeregowe i równoległej elementów R, L, C -narysować wykresy wektorowe napięć i prądów; oraz trójkąty: oporności i przewodności. - wyjaśnić, co to jest: rezystancja, reaktancja, impotencja, koedukacja, susceptancja, admitancja. Odp.
A) Narysować wykres w funkcji czasu i prądu, napięcia i mocy chwilowej -rezystor R
B) Podaj interpretację chwilowej dodatniej i ujemnej
Iloczyn wartości chwilowych napięcia i prądu jest mocą chwilową prądu sinusoidalnego zmiennego p=ui. Moc ta ma przebieg zmienny i może osiągać wartość dodatnią i ujemną. Wartości dodatnie moc chwilowa osiąga wówczas, gdy u oraz i są dodatnie albo ujemne. Oznacza to, że obwód prądu przemiennego albo odbiornik w ciągu czasu, gdy moc chwilowa jest dodatnia, pobiera energię elektryczną. Natomiast w czasie, gdy moc chwilowa osiąga wartości ujemne np. gdy u>0, a i<0, oznacza to że obwód albo odbiornik w ciągu tego czasu oddaje energię do źródła
C) Połączenie szeregowe i równoległe elementów R, L, C -narysować wykresy wektorowe napięć i prądów.
•trójkąty oporności, przewodności
•trójkąty oporności i przewodności wykres wektorowy obwodu RLC
D)-Wyjaśnić-pojęcia: R-opór czynny zależy od materiału wymiarów oraz przewodu
R=U /J
•reaktancja X -jest to opór bierny który dzieli się na indukcyjny zależny od indukcyjności L, obwodu i od częstotliwości f oznaczona XI, oraz, pojemnością zależną od pojemności C obwodu i od częstotliwości f oraz XC
•impedancja Z -jest to opór pozorny czyli wypadkowa oporów rezystancji i reaktancji (indukcyjnej i pojemnościowej)
•susceptancja G -nazywamy przewodność, jest ona odwrotnością rezystancji G=1/R
•admitancja przewodność pozorna, przede wszystkim zespolona przy przebiegach stałych - stosunek natężenia prądu elektrycznego płynącego przez dwójnik do napięcia panującego na zaciskach i równą konduktancji stałoprądowej przy przebiegach sinusoidalnych o określone; częstotliwości stosunek wartości zespolonych prądu do napięcia w dwójniku, w tym przypadku a jest liczbą zespoloną i może być przed, w postaci algebraicznej Y=GxBJ gdzie •B-susceptancja, •J-jednostka urojona, •G-konduktancja.
II Moc w obwodach prądu sinusoidalnego. Podać wzory i interpretacje fizyczną mocy: czynnej. biernej i pozornej
A) Moc czynna P -nazywamy mocą czynną, charakteryzuje ona nieodwracalne przemiany energii! elek. w inne rodzaje energii. P=3U·I·cos f. Moc czynna w odbiornikach prądu sinusoidalnego ma większe 3 x napięcie i natężenie, oprócz tego prąd liniowy zwiększa się również 3 x, przy czym f jest kątem przesunięcia fazowego prądu względem napięcia fazowego przy równomiernym obciążeniu w trzech fazach o kąt cos f.
B) Moc bierna •Q-moc charakteryzująca wymianę odwracalną energii między źródłem a odbiornikiem Q=3 x U x I x cos f Moc czynna jest to moc w której napięcie i natężenie odbiornika jest o 3 x więk. jw.
C) Moc pozorna •S -posługujemy się do oznaczania moc źródła energii prądu przemiennego. Jest to moc która określa w jakim stopniu może być obciążona prądnica lub transformator •S=3 x Ul
Moc pozorna jest to moc, w której napięcie i natężenie jest większe 3 x.
III Układ trójfazowy prądu zmiennego. Narysować układ trójfazowy skojarzony w gwiazdę oraz podać podstawowe zależności występujące w tym układzie Narysować -wykresy wektorowe dla odbiornika podłączonego w gwiazdę i w trójkąt. Omówić wzory na moc układów trójfazowych.
A) Narysować układ skojarzony w gwiazdę U A, B, C -napięcie fazowe odbiornika.
E A, B, C -napięcie generatora
U napięcie liniowe ( miedzy f<iy.)
I A,B,C prądy fazowe i przewód.
UN -prąd neutralny
Napięcie neutralne
YA*EA+YB+EB+YC*EC UN=——————————-
YA+YB+YC+YN
Y -adjutancja E -napięcie zes-polone Napięcie zespolone EA
EA-UA-UN=0
UA=2A*IA
EA-UN IA= ——————
ZA
EB-UN IB= —————
ZB
EC-UN IC=———-—
ZC
B) Wykresy wektorowe dla:
•odbiornika połączonego w gwiazdę
- odbiornika połączonego w trójkąt
C) Moc odbiorników symetrycznych w układach trójfazowych moc czynna przy równomiernym obciążeniu połączonego w gwiazdę P=3xUfxIfxcos
U
p= — · I · cos ,f:=3·U·I·cos
3
U I
Uf= —— If= ——
3 3
•moc czynna przy równomiernym obciążeniu poł. w trójkąt
P=3·Uf· If· cos, f=3U*I*cos
I
F= 3 · U — · cos
3
IV Wytwarzanie energii elektrycznej. Opisać zasadę działania i budowę prądnic synchronicznych. Podać schemat procesu technologicznego wytwarzania energii elektrycznej w elektrowni cieplnej. Omówić zagrożenie pożarowe. A) Budowa i zasada działania: •stojan prądnicy —jest twornikiem w żłobkach, której są umieszczone uzwojenia trzech faz. Pakiety blach są zamocowane w kadłubie stojana w kształcie walca z żeliwa lub ze spawanej blachy • wirnik prądnicy prądu przemiennego jest magnesicą, w kształcie: wałka z pakietów blach jest osadzony -na wale silnika wraz z specjalną prądnicą prądu stałego zwaną wzbudnicą. Zagrożenie pożarowe występujące w procesie wytwarzania energii elektrycznej w elektrowni cieplej. Procesowi wytwarzania energii elektrycznej w elektrowni cieplnej towarzyszy wiele czynników sprzyjających powstaniu pożaru i jego rozprzestrzenianiu się. Do tych czynników należą: •Gospodarka olejowa tj. układ instalacji olejowych służących do smarowania i chłodzenia łożysk w urządzeniach ( np. generatorach) •Uszkodzenie układu chłodzenia wodorowego (np. przez gorące odłamki zniszczonych elementów turbozespołów)
•Prądy wirowe - tworzące się indukcyjnie w przewodniku pod wpływem zmian zewnętrznego pola magnetycznego, towarzyszy wydzielanie znacznych ilości ciepła (np. w rdzeniu transformatorów energetycznych powodują uszkodzenia -pożar żelaza tj. rdzenia blach transformatora, 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 ź metalu o własnościach ferromagnetycznych, który znajduje się w zmiennym i silnym polu magnetycznym). •Iskry elektryczne powstające np. podczas rozłączania i zamykania obwodów elektrycznych •Prądy wyrównawcze ( zwane prądami błądzącymi lub prądami upływu) występujące w urządzeniach elektrycznych przewodzących prąd oraz w ich elementach mogą przepływać czasowo lub ciągle. •Gorące powietrze (powstające i np. podczas tarcia łożysk przy niedostatecznym smarowaniu lub winnych przypadkach) - w kontakcie z mieszaniną wybuchową może także dojść do zapłonu, a także przy dłuższym kontakcie mieszaniny z gorącym powietrzem może dojść do reakcji wstępnych i tworzenia się produktów rozkładu, ulegających zapaleniu w niższych temperaturach. Duże nagromadzenie materiałów palnych ( magazyny, hałdy węgla, transport węgla taśmociągami, zbiorniki z gazem, gazociągi itd.)
V Przesył i rozdział energii elektryczne). Opisać budowę linii napowietrznej. Podać przykładowo, w jaki sposób zbudowany jest kabel elektryczny. Omówić sposoby układania i prowadzenia linii kablowych. Opisać przykładową budowę stacji transformatorowo-rodzelczej. Przeanalizować zagrożenia pożarowe związane z przesytem i rozdziałem energii elektrycznej. Linie napowietrzne elektroenergetyczne są to urządzenia napowietrzne przeznaczone do przesyłania energii elektrycznej składające się z przewodów, izolatorów, konstrukcji wspornych osprzętu. •słupy -materiał stosowany do produkcji słupów to żelbet i struno beton. W nielicznych przypadkach stosuje się "słupy stalowe lub drewniane. W celu ułatwienia budowy słupy te są budowane wg znormalizowanych wymiarów. Słupy te mają gotowe otwory do mocowania konstrukcji wspornych pod izolatory oraz do mocowania prefabrykowanych, o znormalizowanych wymiarach belek ustoju słupa. Podziemne części słupa zabezpiecza się przed korozją przez wielokrotne malowanie roztworami asfaltowymi. Budowa słupa: a) żerdź b) listuj, c) poprzecznik, d) izolatory i osprzęt, e) śruby do montażu słupa, Podpora
•prąd elektryczny w linii elektrycznej przepływa przewodami. Są to najważniejsze elementy linii, ponieważ do nich należy w znacznym stopniu jej praca, pewność rudni, straty oraz spadki napięć. Cech przewodów stosowanych w liniach:
•mała odporność właściwa •duża wytrzymałość mechaniczni) •duża odporność na korozje •niski koszt
W liniach napowietrznych stosuje się przewody: •linka aluminiowa •linka stalowo-aluminiowa •linka stalowa
•linka z miedzi twardej DL W zależności od linii stosuje się izolatory wiszące lub stojące. Budowa kabla energetycznego: •przewodnik prądu elektrycznego •lina lub kilka żył miedzianych lub aluminiowych wykonanych w postaci linki •izolacji którą stanowią warstwy papieru nasyconego olejem mineralnym, nawinięte spiralnie
•w postaci taśmy dookoła żył metalowych. •powłoki ołowianej, która jest naprasowana na skręcone w rdzeń izolowane żyły kabla, otacza je szczelnie i ochrania izolacje żył przed wilgocią i wpływami chemicznymi, na które narażony jest kabel znajdujący się w gruncie •pancerz wykonany z dwóch taśm stalowych (bednarki) nawiniętych spiralnie dookoła kabla względnie do drutów stalowych ocynkowanych, lub płaskich stanowią one zewnętrzną ochronę przed uszkodzeniami mechanicznymi •osłona ochronna wykonana z materiałów włóknistych np. z juty lub ze sznurków papierowych przepojonych masą asfaltową która uniemożliwia zetknięcie kabla z ziemią Sposoby układania i prowadzenia linii kablowych Kable układa się albo bezpośrednio w gruncie albo w kanałach, tunelach, rurach lub blokach umieszczonych w gruncie. Kable o napięciu do 15 KV zakopuje się na głębokości 80 cm a powyżej na 100 cm. Na powierzchni piaszczystej kabel układa się bezpośrednio na gruncie kamienistym na 10 cm warstwie piasku i przysypać warstwą tej samej grubości a na nią układać wzdłuż kabla płytki betonowe. Dużą ilość kabli układa się w specjalnych kanałach przekazowych. Kable układa się w tedy na konstrukcje stalowe przymocowane do ściany kanału. Przykładowa budowa stacji transformatorowa -rozdzielczej Zespół urządzeń za pomocą których odbywa się zarówno rozdział jak i przetwarzanie energii elektrycznej na inne napięcie nazywa się stacją transformatorowo-rozdzieiczej.
Każda stacja zawiera urządzenia służące do zmiany napięcia a więc transformatory (oprócz tego mogą być prostowniki) oraz urządzenia rozdzielcze, do ', których należą szyny zbiorcze, i łączniki, urządzenia pomiarowe i zabezpieczające a także urządzenia zabezpieczające.
Szyny zbiorcze stanowią tę część urządzeń rozdzielczych, przez j które przepływa cała energia doprowadzana do rozdzielni i odprowadzona do wszystkich odpływów •odłączniki służą do otwierania i zamykania przewodu poprzez, który nie płynie prąd. Noże odłącznika są dobrze wdziane co umożliwia stwierdzenie czy i które elementy znajduje się pod napięciem- •wyłączniki - służy do wyłączania linii dopływo-wych albo odpływowych gdy płynie przez nie prąd.
•przyrządy pomiarowe są przyłączone za pośrednictwem przekładników. •urządzenia zabezpieczające mają na celu odłączenie obwodów uszkodzonych i lokalizację pozostałych zaburzeń. •urządzenia sygnalizacyjne służą do informacji, obsługi o stanie połączeń i do przekazywania , sygnałów alarmowych spowodowanych przez urządzenia zabezpieczające. Zagrożenia pożarowe Linie napowietrzne stwarzają niewielkie zagrożenie pożarowe praktycznie linia napowietrzna może spowodować pożar tylko w przypadku zwarcia łukowego takim sytuacją powinno zabezpieczać zachowanie przepisów odległości linii od materiałów palnych i wszystkich obiektów zagrożonych. Linie powinny być kontrolowane poprzez okresowe obchody. W stacjach zagrożenie stanowi transformator, ponieważ może się zapalić lub wybuchnąć, zagrożenie stanowią też wyłączniki pełno olejowe. Drugim zagrożeniem jest porażenie prądem obsługi na skutek złej izolacji, niewłaściwej obsługi itp.
VI Transformatory energetyczne, Opisać budowę i zasadę działania transformatorów energetycznych. Omówić zagrożenie pożarowe stwarzane przez transformatory olejowe i podać sposoby zabezpieczania.
A) Budowa i zasada działania Transformator jest zbudowany 3 rdzenia, rdzeń zbudowany jest ze słupów i jarzm, przekroju rdzenia jest zbliżony do koła Całość wykonana jest z blach stalowej odizolowanej wzajemnie cienkim papierem lub lakierem. Blachy wykonuje się z « specjalnych gatunków stali 2 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 •.krążkowa; umieszczone współosiowo z rdzeniem. Rdzeń jest umieszczony w kadzi z olejem mineralnym przykryty pokrywą hermetyczną. Transformator jest urządzeniem służącym do przetwarzania energii elektrycznej prądu przemiennego z jednego napięcia w inne o tej samej częstotliwości. Do uzwojenia pierwotnego doprowadza się energię elektryczną, 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 zamknie się w rdzeniu stalowym transformatora będzie indukował w obu uzwojeniach siły elektromotoryczne. W każdym uzwojeniu siły te będą równe o wartość E' Voltów na jeden „zwój. Całkowita" SEM będzie w każdym zwoju wprost proporcjonalna do liczby zwojów uzwojenia. Zagrożenie pożarowe Największe zagrożenie pożarowe stwarza olej transformatorowy, który jest czynnikiem chłodzącym i jednocześnie izolującym, olej stosowany jest olejem mineralnym, palnym, więc stanowi zagrożenie jest też wybuchowy, jego temp. Zapłonu wynosi 140 st.C a temp. zapalenia ok. 300 st.C . w temp. Powyżej 600 st. C z oleju wydziela się wodór, metan , acetylen podczas palenia się powoduje wzrost ciśnienia ok. 20 tys. hPa. Co powoduje wybuch. Najczęstsze przyczyny 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 transformatora (przyczyna zwarć i łuku elektr.)
B) Zasada działania Uzwojenia poszczególnych faz twornika są połączone w gwiazdę. Uzwojenie wzbudzające magneśnicy jest zasilane prądem stałym ze specjalnej prądnicy prądu stałego zwana wzbudnicą. Prąd stały uzwojenie elektromagnesów doprowadza się za pośrednictwem dwóch pierścieni ślizgowych i przyległych do nich szczotek. Pierścienie osadzone są na wale prądnicy, odizolowane od wału i siebie. Prąd wzbudzenia wytwarza w magneśnicy strumień magnetyczny, który na wskutek wirowania magneśnicy indukuje w każdej fazie uzwojenia twornika siłę elektromagnetyczną. Wartość skuteczna tej siły elektromagnetycznej zależy od, wartości strumienia magnetycznego, prędkości obrotowej magneśnicy, liczby par biegunów oraz liczby zwojów w każdej fazie uzwojenia twornika -stojana na zaciskach uzyskuje się odpowiednie napięcie poprzez uruchomienie prądnicy za pomocą silnika napędowego doprowadzając prędkość obrotową do wartości odpowiadającej, częstotliwości sieciowej 50 Hz. Schemat układu połączeń
osoby zabezpieczania przede wszystkim właściwa budowa (faliste ściany, dobra izolacja) powinien być wyposażony w elektryczne zabezpieczenia zwarciowe i przeciążeniowe, dodatkowe urządzenia zabezpieczające; konserwator oleju, przekaźnik gazowo podmuchowy i większą rurę wydechową, termometr, olejowskaźnik. Poza tym nowe transf. są robione hermetycznie, pod pokrywą przestrzeń jest wypełniona gazem obojętnym. Duże transformatory wielkiej mocy można chronić stalą instalacją gaśniczozraszaczową lub CO2
VII Instalacje i osprzęt niskiego napięcia. Opisać podstawowe przybory instalacyjne wchodzące-w skład instalacji elektryczne] niskiego napięcia. Narysować przykładowy • schemat zasilania budynku mieszkalnego. Podać przykładowy schemat zasilania \zakładów przemysłowych. Przeprowadzić analizę zagrożenia pożarowego w instalacjach elektrycznych niskiego napięcia.
Jest to sieć 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 •wszelki łączniki, gniazda wtyków e, wtyczki, bezpieczniki itp. •przewody Cu lub AI, YDY, DY, YADY, ADY D-drut, L-linka, Y-polowinit 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 zer 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 itd. które dzielą się na puszkowe i drążkowe •e) gniazdo wtykowe i włączki służą do przyłączenia się w sieci odbiorników przenośnych. •f) zabezpieczenia nadmiarowo prądowe w postaci bezpieczników tropikowych albo samoczynnych wyłączników.
Zagrożenie pożarowe
Jest duże na wskutek zwarć .przeciążeń w przewodach, pęknięcie elementów oświetleniowych nie domagań instalacji,] użytego materiału itp. dlatego aby temu zapobiec stosuje się wszelkiego rodzaju zabezpieczenia typu bezpieczniki itp.
VIII Silniki prądu stałego. Opisać zasadę działania i budowę maszyn prądu stałego. Wymienić rodzaje silników prądu stałego i podać ich schematy. Opisać zagrożenie pożarowe stwarzane przez, maszyny prądu stałego.
A) Budowa i zasada działania Silnik prądu stałego jest zbudowany z: •twornika, którego rdzeń wykonany jest z krążków blachy stalowej o grub. 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 dwie połówki pierścienia metalowego odizolowane wzajemnie od siebie i wału.
•stojan -na obwodzie wewnętrznym są umieszczone elektromagnesy, rdzenie elektromagnesu są zakończone nabiegunnikami. Na rdzeniach elektromagnesu umieszczone są cewki uzwojenia wzbudzenia wykonane z drutu izolowanego.
Zasada działania -jeżeli do zacisków+,- doprowadzimy napięcie stałe to przez szczotki i wycinki komutatora popłynie prąd do zwojów wirnika. Na boki zwoju wiodącego prąd będą działały siły F których zwrot jest skierowany zgodnie z kierunkiem ruchu wskazówek zegara. Dopływający do silnika prąd za pośrednictwem komutatora przekształci się w zwojach wirującego silnika na przemienny. W stajanie elektromagnesy wytworzą pole magnetyczne zwane głównym, nabiegunniki przyczyniają się do jego równomiernego rozkładu. Na rdzeniach elektromagnesu umieszczone są cewki uzwojenia wzbudzającego przez które podczas pracy płynie prąd magnesujący który wznieca strumień magnetyczny maszyny. B) Rodzaje silników prądu stałego -silnik bocznikowy
-silnik szeregowy
-silnik bocznikowo-szeregowy Zagrożenie pożarowe -wynika ż uwagi na iskrzenie na komutatorze wynikające z powstających przerw obwodu miedzy szczotką a pierścieniem komutatora.
IX Asynchroniczne silniki prądu zmiennego. Opisać budowę i zasadę działania silnika synchronicznego. Omówić rodzaje silników oraz dostosowanie ich do warunków pracy. Podać sposoby rozruchu silników pierścieniowych i klatkowych. Opisać zagrożenie pożarowe Związane z eksploatacją silników synchronicznych.
A) Budowa i zasada działania silnika asynchronicz. Trójfazowe silniki indukcyjne należą do najbardziej rozpowszechnionych ze względu na prostą budowę, łatwość eksploatacji. Silnik ten składa się z dwóch zasadniczych części tj. •stojan —zawiera rdzeń utworzony z pakietu blach z wyciętymi na obwodzie wewnętrznymi żłobkami, w których umieszcza się uzwojenie trójfazowe. Pakiety blach są zamocowane w kadłubie stojana w kształcie walca z żeliwa lub ze spawanej blachy. Na kadłubie zamieszczona tabliczka zaciskowa z sześcioma zaciskami, do których są doprowadzone poszczególne fazy uzwojenia.
•wirnik w kształcie walka z pakietów blach jest osadzony na wale silnika. Ze względu na sposób wykonania uzwojenia są l wirniki pierścieniowe i klatkowe. a) wirnik pierścieniowy ma uzwojenie trójfazowe wykonane podobnie jak uzwojenie stojana umieszczone w żłobkach. Uzwojenie faz wirnika jest połączone w gwiazdę, początki faz uzwojenia doprowadza się do i trzech pierścieni ślizgowych osadzonych na wale silnika. Do pierścieni przylegają szczotki węglowe do których przyłącza się opornik służący do rozruchu silnika. b) Wirnik klatkowy zamiast żłobków ma otwory wypełnione prętami miedzianymi lub aluminiowymi połączonymi ze sobą na końcach za pomocą pierścieni aluminiowych umieszczonych po obu stronach wirnika. Uzwojenie to tworzy rodzaj klatki stąd ta nazwa. Zasada działania polega na tym, że jeżeli do zacisków uzwojenia stojana doprowadzimy napięcie z sieci •trójfazowej to w uzwojeniu tym płynie prąd, który wytworzy w rdzeniu stojana pole wirujące. W pierwszej chwili wirnik jest nieruchomy, pole wirujące przecina więc pręty klatki wirnika z określoną prędkością, w związku z czym w prętach klatki indukuje się SEM. Pod wpływem SEM w pręcie popłynie prąd o wartości określonej. Na pręt z płynącym w nim prądem w polu magnetycznym będzie działała siłą F. Pod działaniem siły F wytworzy się moment obrotowy i wirnik zacznie obracać się zgodnie z polem wirującym, jego prędkość obrotowa będzie się zwiększała ale nie osiągnie wartości prędkości obrotowej synchronicznej pola wirującego. C) Rodzaje silników oraz dostosowanie ich do warunków pracy Wyróżnia się następujące typy silników: •budowa otwarta -nie zabezpieczona przed przypadkowym dotknięciem elementów silnika oraz dostępu ciał obcych i atmosfer. Tzn. pyłu, atmosfery szkodliwej (żrącej) cieczy i par. •budowa chroniona -chroni przed przypadkowym dotknięciem elementów ruchomych i uzwojeń -budowa okapturzona -chroni przed przedostaniem się niewielkich ilości pyłu lub wilgoci. •budowa zamknięta -chroni przed wilgocią, atmosferą żrącą itp. oraz S, W, G-strugoszczelne, wodoszczelne i głębinowe przeznaczone do pracy przy oblewaniu falą lub pod wodą. (Ex) -silniki specjalne przeciwwybuchowe mogą być stosowane w pomieszczeniach zagrożonych wybuchem.
D) Sposoby rozruchu silników pierścieniowych i klatkowych •silniki klatkowe w czasie rozruchu przy bezpośrednim przykręceniu stojana indukcyjnego klatkowego do sieci oraz napięcie znamionowe powoduje że prąd rozruchu jest 5-7 razy większy od znamionowego co jest groźne dla sieci zasilającej. W związku z tym stosuje się obniżenie prądu rozruchu poprzez: •auto transformatory •przełącznik gniazda-trójkąt •w silnikach pierścieniowych -zmniejsza się prąd rozruchu przez zaiskrzenie rezystancji wirnika na czas rozruchu. Do trzech faz uzwojenia wirnika , przez pierścienie ślizgowe, przylać/one są trzy oporniki stanowiące rozrusznik silnika. Zagrożenie pożarowe silników wynika z" możliwości zapalenia materiałów osiadłych 11.1 obudowie i elementach silnika czy też palnych par i gazów w atmosferze lub doboru złego silnika.
X.Elektryczne urządzenia oświetleniowe. Podać podstawowe wielkości świetlne i ich jednostki (strumień świetlny światłość, natężenie oświetlenia). Omówić dobór wymaganego oświetlania do warunków pracy. Opisać budowę: lamp żarowych, lamp fluoryzujący! (świetlówek), lamp rtęciowych Opisać zasadę działania układu Zapłonowego świetlówki Wymienić stosowane typy opraw oświetleniowych. Przeanalizować zagrożenie pożarowe elektrycznych urządzeń oświetleniowych.
A) Podstawowe wielkości świetlne i ich jednostki:
•światłość; jednostka: kandela oznaczenie cd •-strumień świetlny ; jedn. lumen; oznaczenie lm wartość •natężenie oświetlenia E ; jedn: luks ; oznaczenie lx wartość: lx=lm : Im = Im x cd x sr B) Omówić dobór wymaganego oświetlenia do warunków pracy, •w pomieszczeniach ze zwiększonym niebezpieczeństwem pożarowym 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. salach operacyjnych należy instalować oświetlenie zapasowe •pomieszczenie gdzie może powstać panika (sale widowiskowe) , gdzie istnieje zagrożenie pożarem lub wybuchem, w pomieszczeniach przechodnich na przejazdach oświetleni ewakuacyjne z niezależnego źródła zasilania. •oświetlenie stanowiskowe -w sposób zapobiegający tzw. „olśnieniu" •przy oświetlaniu urządzeń wirujących nie należy używać oświetlenia stwarzającego zjawisko „stroboskopowe" (lampy wyładowcze) np. tokarkach, piłach itp.
-w lampach wyładowczych występuje też zjawisko „tlenia 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 •oprawy stosować właściwie do warunków pracy np. w pomieszczeniach zagrożonych wybuchem oprawy przeciwwybuchowe odpowiedniej kategorii zagrożenia wybuchem C) Opisać budowę -lampy żarowe (żarówki) źródłem światła jest żarnik wykonany w postaci skrętki z drutu wolframowego, umocowany wewnątrz bańki szklanej; •cieńszy koniec bańki zakończony jest metalowym trzonkiem gwintowym w połączeniu szczelnym z bańką i stopką. Żarówki o mocy 15 i 25 W wykonuje się jako próżniowe aby utrudnić parowanie wolframu. W żarówkach większej mocy w celu uniknięcia rozpylania bańkę napełnia się gazem obojętnym (azot, krypton). W żarówkach mocy 40-100 W stosuje się żarnik w postaci podwojonej skrętki z drutu o mniejszej średnicy. W żarówkach większej mocy tego się nie stosuje gdyż żarnik wykonany jest z grubszego drutu. Gaz pozwala podnieść temp. żarnika do 2500-2600 st.C co wpływa nil skuteczność oświetlenia. •lampy fluoryzujące (świetlówki) mają postać prostej rury s/klan ej o wewnętrznej powierzchni pokrytej luminoforem. W obu końcach rury wtopione są dwie elektrody między którymi odbywa się wyładowanie w mieszaninie argonu z parami rtęci. Dla zainicjowania wylądowania konieczny jest dodatkowy układ elektryczny składający się z: źródła zasilania, kondensatora, dławika, zapalnika. Działanie układu zapłonowego świetlówki: dla zainicjowania wyładowania w parach rtęci konieczne jest przetworzenie napięcia zasilania (najczęś. 220 V) na napięcie rzędu 1000 V na elektrodach w postaci krótkotrwałego impulsu. Na dalsze wyładowanie wystarczy napięcie kilkudziesięciu Voltów. Do otrzymania powyższego napięcia stosuje się układ
Zapłonnik Z (starter) ma postać małej lampki neonowej w której jedną z elektrod jest pasek bimetalowy. Po włączeniu napięcia w zapłonniku rozwija się słabe wyładowanie świecące. Elektroda bimetalowa nagrzewając się od wyładowania, odgina się i dotyka drugiej elektrody. Na skutek zwarcie w obwodzie: źródło napięcia•-dławik D elektroda świetlówki -zapłonnik -druga elektroda świetlówki -źródło napięcia, płynie dość duży prąd, powodując podgrzanie elektrod. W zwartym zapłonniku nic ma oczywiście żadnego wyładowania i elektroda bimetalowa stygnąc wraca do poprzedniego kształtu i otwiera obwód. Przerwanie przepływu prądu powoduje zaindukowanie w dławiku. Dostatecznie dużego napięcia do zapłonu świetlówki. Dalej wyładowanie przebiega wewnątrz rury świetlówki, a obwód z zapłonnikiem nie pracuje. Dławik pobiera duża moc bierną, w celu jej skondensowania stosuje się kondensator C tak dobrany . aby cos całego układu wynosił około 0, 9. Kondensator ułatwia gaszenie iskry przeskakującej między elektrodami zapłonnika w chwili przerwania obwodu. •lamp rtęciowych: źródłem światła jest jarznik, mający postać krótkiej rurki ze szkła kwarcowego z wtopionymi ma końcach elektrodami. Jarznik umieszczony jest w zewnętrznej bańce ochronnej ze 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.
D) Wymienić stosowane typy opraw oświetleniowych:
1. podział: •porcelanowe (najbezpieczniejsze) •metalowe (szybki nagrzewanie się, porażenie prądem) •bakielitowe (rozkład termiczny 250 st.C) 2 podział: A —oprawa wewnętrzna otwarta lub zamknięta nie zabezpieczona przed wpływami atmosferycznymi, nadaje się do stosowania w pomieszczeniach suchych i czystych. B -oprawa zewnętrzna otwarta lub zamknięta , nie zabezpieczona przed wpływami atmosferycznymi, nadaje się do oświetlania ulic, placów terenów fabrycznych. C -oprawa wodoszczelna, przeznaczona do pomieszczeń wilgotnych , do oświetlenia tuneli, kanałów np. D -oprawa podwodna E -oprawa pyłoszczelna (o różnych stopniach szczelności), powinna być stosowana w pomieszczeniach zapylonych. T —oprawa odporna na gorąco przeznaczona do pomieszczeń o wysokiej temp., w pobliżu urządzeń grzejnych. W —oprawa przeciwwybuchowa (o różnych konstrukcjach), przeznaczona do pomieszczeń zakwalifikowanych do kategorii zagrożenia wybuchem. E) Przeanalizować zagrożenie pożarowe elektrycznych urządzeń oświetleniowych : Zagrożenie pożarowe w lampach żarowych wynika : z temp. Bańki szklanej, która zdolna jest spowodować zapłon wielu materiałów łatwopalnych i mieszanin wybuchowych. Wartość temp. Zależy od mocy żarówki , warunków chłodzenia i położenia samej żarówki. Przeciwdziałanie to zastosowanie bezpiecznych odległości od materiałów palnych (wg. PN lub instrukcji wytwórcy)-0,5m- Drugą przyczyna jest iskrzenie w oprawce.Dbać o należyte połączenie styków żarówka-oprawka. Rodzaj zastosowanych oprawek oświetleniowych , od skrętki bańki w dużych żarówkach-osłony. W świetlówkach , nieduże zagrożenie stanowi ich osprzęt: dławik, który może nagrzać się do temp. 120 st.C , a zapłonnik chwilowo osiąga temp. ok-lOO stC. W zapłonniku znajduje się palny kondensator papierowy zalany masą topiącą się w temp. 150st.C. Zdarzają się przypadki, że przez otworki zapłonnika wyrzucane są płomienie. Ze względu na iskrzące działanie osprzętu stosuje się w pomieszczeniach zagrożonych wybuchem tylko specjalne konstrukcje osłon (opraw). Lampy rtęciowe są dosyć niebezpieczne pożarowe ze względu na temp. jarznika ok. 1000 st.C -w przypadku pęknięcia bańki ochronnej jarznika. Należy je umieszczać z tego względu na wysokich masztach -chłodzenie przy opadaniu. temp. jarznika ok. 1000 st.C -w przypadku pęknięcia bańki ochronnej jarznika. Należy je umieszczać z tego względu na wysokich masztach -chłodzenie przy opadaniu.
XV- Opisać zjawisko elektryczności statyczne} ; w jakich przypadkach może wystąpić zagrożenie pożarowe i wybuchowe. Podać stosowane środki ochrony przed elektrycznością statyczna.
A) Opisać zjawisko elektryczności statycznej
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 energię styku dwóch różnych dał powstaje podwójna warstwa ładunków elektrycznych. Warstwy te po obu stronach powierzchni styku tworzy nadmiar ładunków jednakowej wielkości , ale o przeciwnych znakach. Warstwa podwójna może tworzyć się na powierzchni styku ciał stałych lub dala stałego i cieczy.
Rozkład ładunków w warstwie podwójnej 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. nawijania roli na walec). W miejscu styku ładunków przeciwnego znaku występują prądy zwrotne, które znacznie zmieniają naładowanie elektrostatyczne. Wartość zgromadzonego ładunku zależy od bardzo wielu zmieniających się czynników między innymi od właściwości obu materiałów (im bardziej różnią się stałe dialektyczne materiałów, tym silniejsza będzie elektryzacja ) rodzaju powierzchni, jakości styku , czasu jego trwania układu geometrycznego materiału. W przypadku tarcia materiałów o siebie największy wpływ ma wartość ładunku na j energię zużyta przy tarciu, ponadto tarcie powoduje zwiększenie powierzchni styku. Znak powstającego ładunku zależy przede wszystkim od rodzajów stykających się dał, stanu powierzchni, zanieczyszczeń , wilgotności , sposobu obróbki.
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. Natężenie pola jest największe w pobliżu powierzchni naładowanych przewodników, szczególnie w okuł ostrych wystających krawędzi. Typowym przypadkiem wyładowania elektrostatyczneg jest przeskok iskry rozdzieleniu dwóch naładowanych warstw materiałów (układ kondensatora płaskiego). B) Warunki w jakich może nastąpić zagrożenie pożarowe i wybuchowe Sam fakt naelektryzowania się materiałów nie stwarza jeszcze zagrożenia, bezpośrednia przyczyna zagrożenia pożarowego, 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 ładunków elektrostatycznych stwarzają przede wszystkim zagrożenie wybuchem, jeżeli przeskok iskry nastąpił w atmosferze mieszaniny wybuchowej. Praktycznie można przyjąć, elektryczność statyczna nie stanowi w ogóle albo bardzo małe zagrożenie pożarowe. Energia iskier jest zbyt mała, aby spowodować zapalenie materiałów palnych chyba, że znajdują się one w postaci podatnej na zapalenie np. bardzo rozdrobnione. Za dopuszczalną (max) energię naładowaniu elektrostatyczneg E dla pomieszczeń lub instalacji zagrożonych pożarem lub wybuchem uważa się taka całkowitą energię naładowania, która nie przekracza 0, 1 wartości minimalnej energii zapłonu mediów palnych lub wybuchowych bądź mieszanin wybuchowych z powietrzem E C) Stosowane środki ochrony 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 tworzeniu się ładunków i utrzymaniu się ich w materiach •nawilżanie powietrza powoduje zwiększenie Jego wytrzymałości elektrycznej ponieważ ładunek rozprasza się na kroplach wilgoci, nic tworzy większych skupisk natężenie pola elektrycznego nie osiąga wartości zdolnych wywołać wylądowanie 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 zobojętnia ten ładunek.
•odprowadzenie ładunku -w sposób bezpieczny polega na zobojętnieniu naelektryzowanego materiału przez odprowadzenie ładunku zanim powstanie możliwość przeskoku iskrowego, a więc odprowadzeniu ładunków w c/asie jego powstania. W większości przypadków jest to uziemienie. •tworzenie ładunków o przeciwnym znaku -stosowane jest szczególnie do zmniejszenia elektryzacji materiałów włókienniczych (np. wykonanie prowadnic przez które nie przeciągane jest włókno na przemian ze szkła i stali i ścisły styk materiałów). •wentylacja -działa pośrednio poprzez usunięcie z pomieszczeń mieszaniny wybuchowej, więc wylądowania iskrowe nie będą stanowiły zagrożenia
•stosowanie bezpiecznego reżimu technologicznego ma na celu ogra n i c zali e ładunków elektrostatycznych do minimum (usuwanie źródeł lądowania elektrostatycznego, wydzielenie najbardziej niebezpiecznych procesów, sygnalizacja stężeń par i pyłów w powietrzu, stosowanie gazów obojętnych) •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 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 nie przewodzących.
XVI Wyładowania atmosferyczne. Opisać mechanizm wyładowania atmosferycznego i jakie mogą być jego skutki Podać kryteria stosowania ochrony odgromowej zgodnie z normą PN-86/E-05003/01. A) Mechanizm wyładowania atmosferycznego i jego skutki: Źródłem energii wylądowania jest energia pola elektrostatycznego występującego w chmurze burzowej lub między chmurą, a ziemią. Pole to powstaje na skutek nagromadzenia ładunku elektrycznego w ograniczonym obszarze di mury 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 zderzają się ze sobą, rozpadają się na cząstki naładowane dodatnio i ujemnie. C/ustki dodatnie dążą do najwyższych partii chmury, naładowanie ujemnie opada niżej i skraplają się pod wpływem ciepła.
W rzeczywistości na powstanie ładunków w chmurach ma wpływ prawdopodobnie wiele 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 indukcje, 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 coraz większych ładunków wzdłuż kanału, pod działaniem pierwotnego pola elektrycznego. Wg. badań uderzanie pioruna w średnio wysoki obiekt (100-200m.) przedstawia zwykle dwie fazy. Wyładowanie wstępne (pilotujące) -od chmury do ziemi. Przy wielkich kroplach deszczu zapoczątkowanie wyładowania może nastąpić już przy natężeniu pola elektrycznego pierwotnego, rzędu 10 kW/cm. Jeżeli powstają warunki dla rozwoju lawin elektronowych, to przechodzą one w kanał plazmowy, stanowiący warcie i wzmacniający pole elektryczne przed czołem. Prąd wyładowania wstępnego jest stosunkowo niewielki (kilkadziesiąt do kilkuset amperów). Pierwsze uderzenie pioruna ma zwykle wylądowanie wstępne typu schodkowego, t/n jego rozwoju odbywa się skokami, a regularne schodki świetlne występują na odcinkach wyładowania coraz bliższych ziemi. Między schodkami występują .schodki ciemne. Długości schodków wynoszą ok. kilkadziesiąt metrów, a przerwy kilkadziesiąt us. 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 10-100 m/us. Wyładowanie główne jest fazą rozgadującą biegnącą w czasie kilkudziesięciu us. Przebieg fali prądu pioruna.
Wyładowane "główne odprowadza do ziemi ładunek nagromadzony w czasie wyładowania w dolnej części kanału piorunowego, poza tym dostarcza ładunek przeciwnego znaku, z ziemi do kanału, wyładowanie główne można porównać ze zwarciem między dwiema okładzinami kondensatora (ziemia-kanał przewodzący wyładowania wstępnego), prądy piorunowe wynoszą od 150-250 KA. Zdarzają się pioruny pojedyncze składające się z wyładowania wstępnego i głównego, często przy tym wielokrotne (też składające się z tych dwóch faz). Jeżeli piorun jest wielokrotny to po przerwie O, l s do 0, 0 Is 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). Wyładowanie może nastąpić takie między dwiema różnoimienne. Opisywane wyładowanie nazywane jest piorunem liniowym (najczęściej spotykany). Inną odmianą pioruna jest tzw. piorun kulisty w postaci silnie zjonizowanego powietrza poruszającego się pod działaniem sił elektrostatycznych i hydrodynamicznych. Powoduje duże zniszczenia przez działanie dynamiczne (przebić ściany, wyrwać głęboki lej, zrywać dachy), może poparzyć, śmiertelnie porazić. Innym zjawiskiem w czasie burzy są tzw. ognie św. Elma. Są to niezupełne wyładowania jarzeniowe, pojawiające się, wtedy gdy na ostrzu zbiera się tak duża liczba ładunków (w czasie burzy ładunki gromadzą się przez indukcję), że wytrzymałość elektryczna powietrza zostaje przekroczona. Wyładowaniom atmosferycznym zawsze towarzyszą efekty akustyczne, zwane grzmotami.
Ich powstawanie 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 len 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* J2* t R -rezystancja przepływu. Przepływ prądu pioruna przez przedmioty palne i nie przewodzące, powoduje pod wpływem ciepła odparowywanie wody o charakterze wybuchowym i zapalenie a nawet rozerwanie materiału. Spiekanie gruntu (kilka tyś. oC). Działanie dynamiczne w przedmiotach metalowych, uziemionych i usytuowanych równolegle z siła proporcjonalną do natężenia prądu i odwrotnie do odległości między nimi. Gdy zwroty zgodne to się przyciągają , a odwrotnie to się odpychają. Powoduje to zniszczenia np. konstrukcji żelbetonowych. Inne działanie to porażenie ludzi prądem. Działanie pośrednie -spowodowane jest indukcją elektromagnetyczną i elektrostatyczną w instalacjach przewodzących, co powoduje Indukowanie dużych napięć prądów (GKV) i zniszczenie, stopnie izolacji i instalacji nawet gdy odprowadzony jest ładunek instalacją odgromową w pobliżu równolegle umieszczonych instalacji (elektryczne, wodociągowe, CO) 13) Kryteria stosowania ochrony odgromowej zgodnie z PN-86/E-05003/01: Podział obiektów budowlanych z punktu widzenia ochrony odgromowej. Rodzaje ochrony odgromowej. Wybór rodzaju ochrony odgromowej. •obiekty budowlane wymagające ochrony podstawowej •obiekty budowlane wymagające ochrony obostrzonej obiekty budowlane wymagające ochrony w specjalnym wykonaniu •obiekty budowlane nie wymagające ochrony wskaźnik zagrożenia piorunowego
XVII Urządzenia elektryczne w obiektach zagrożonych wybuchem. Opisać podstawowe typy urządzeń przeciwwybuchowych godnie z obowiązującymi normami ora zasady ich doboru i eksploatacji (osłony ognioszczelne, urządzenia budowy wzmocnionej, urządzenia z osłoną plastikową, urządzenia z osłoną olejową, osłona gazowa; nadciśnieniem, urządzenia hermetyzowane masą izolacyjną, urządzenia i obudowy iskrobezpieczne)
W przypadku urządzeń elektrycznych przyczyną zapłonu mieszaniny wybuchowej może być nadmierny wzrost temp. iskra, luk elektryczny. A) Podstawowe typy urządzeń przeciwwybuchowych oraz zasady ich dobom i eksploatacji. Wszystkie konstrukcje w wykonaniu przeciwwybuchowym mają wspólne międzynarodowe oznaczenie „Ex" natomiast każdy rodzaj konstrukcji oznacza się dodatkowo. Normy polskie i przewidują oznaczenie polskie. Istnieją odpowiedniki oznaczeń w innych krajach. l. osłony gazoszczelne. Jest to urządzenie elektryczne, którego wszystkie części mogące wywołać zapłon mieszaniny wybuchowej umieszcza się w osłonie ognioszczelnej, tj. takiej która wytrzymuje bez uszkodzeń i trwałych odkształcał ciśnienie wybuchu mieszaniny wybuchowej wewnątrz osłony ognioszczelnej oraz zapobiega skutecznie przeniesieniu wybuchu z wnętrza osłony do otaczającego urządzenia elektrycznego środowiska zawierającego mieszaninę wybuchową. Zadanie to spełnia zastosowanie szczelin gaszących w osłonie.
Zasady dobom i eksploatacji -określenie klasy bezpieczeństwa urządzeń (klasy wybuchowości gazu), ściśle do rodzaju gazu lub mieszanin. Określenie grupy zapłonowej wg której określa się dopuszczalną temp. zewnętrzną urządzenia (tabele), przykład oznaczenia Ex przeznaczenie dla przemysłu chemicznego, B -dla górnictwa, Ex-M.-II-A-T3, oznacza elektryczne urządzenie przeciwwybuchowe, przeznaczone dla przemysłu chemicznego wykonane w osłonie ognioszczelnej, dostosowanie do pracy w atmosferze mieszanin wybuchowych zaliczanych do klasy wybuchowości: IIA i grupy zapłonowej T3. Tabliczka znamionowa, urządzania powinna l zawierać jeszcze nr protokołu badań. Remonty tych urządzeń mogą być wykonywane przez uprawniony do tego personel l firmy. Remont musi się kończyć wykonaniem wymaganych prób i uzyskaniem atestu tak jak, na urządzenia nowe. Do połączenia urządzeń elektrycznych w osłonie ognioszczelnej z siecią zasilającą stosuje się skrzyni zaciskowe lub mufy kablowe również w osłonie ognioszczelnej. skrzynka zaciskowa jest oddzielona ognioszczelnie od głównej komory ognioszczelnej urządzenia elektrycznego. Jest te konstrukcja najlepsza i najbezpieczniejsza. ze wszystkich przeciwwybuchowych, nit nadaje się do dużych przestrzennych urządzeń ani do otwierani. w czasie pracy. Nic mogą pracować w pomieszczeniach zapylonych, kategorii
W IV i W V, ponieważ pył zatykałyby „ szczeliny gaszące". W tym wykonaniu produkuje się silniki, łączniki i aparaturę sterującą, bezpieczniki, gniazda wtykowe, wtyczki, osprzęt instalacyjny, oprawy oświetleniowe stałe i przenośne, przyrządy pomiarowe, urządzenia sygnalizacyjne itp. 2.Urządzenia o budowie wzmocnionej. Def. Jest to urządzenie elektryczne nie zawierające części normalnie iskrzących albo nadmiernie nagrzewających się, zaprojektowane i wykonane ze zwiększoną pewnością mechaniczną i elektryczną w celu ograniczenia do mini. Prawdopodobieństwa powstania uszkodzeń mogących wywołać wybuch mieszaniny wybuchowe}. Wymagania konstrukcyjne w przypadku powstania uszkodzeń prawdopodobieństwo powstania iskier zmniejszone do minimum. •zmniejszenie temp. wszystkich części urządzenia nawet przy zwarciach i rozruchach do granic dopuszczalnych (tabela) wymagania to są spełnione dzięki odpowiedniej konstrukcji, zastosowaniu odpowiednich materiałów i specjalnych zasad montażowych, oraz zachowaniu odpowiednich warunków temperaturowych spełnione są szczególnie przez: •pyłoszczelność -dowolny stopień szczelności JP-54. W obudowie o takim stopniu szczelności muszą być umieszczone wszystkie nie izolowane części urządzenia. P -międzynarodowe oznaczenie ochrony przed dotknięciem części po napięciem oraz przedostawaniem się ciał stałych i wody. Stopień ochrony, cyfra umieszczona na pierwszym miejscu oznacza stopień ochrony przed dotknięciem i przedostawaniu się ciał stałych, druga przed przedostawaniem się wody (określa tabela w normie) •zastosowanie materiałów izolacyjnych (odporność na gorąco, wilgoć, działanie luku elektrycznego, działanie oleju, odporność mechaniczna)-odstępy izolacyjne (odpowiednie odstępy na powierzchni materiałów izolacyjnych i w powietrzu między elementami w zależności od napięcia - dla max) •ograniczenie przyrostu temp. do wartości dopuszczalnych przez odpowiedni dobór wymiarów żelaza, zastosowanie zabezpieczeń •wyzwalacze i przekaźniki termiczne •staranny montaż •odpowiedni materiał przewodów wiodących prąd (miedź lub mosiądz)
konstrukcja nie jest tak pewna i bezpieczna jak ognioszczelna, jednak prawdopodobieństwo spowodowania wybuchu wynosi również 10-8. 3.Urządzenia i obwody iskrobezpieczne Def. Jest to układ o małej energii elektrycznej, którego elementy tak dobrano, aby iskry elektryczne lub zjawiska termiczne, mogące powstać w czasie normalnej pracy (przez zamknięcie lub otwarcie obwodu) jak w skutek awarii np. (przez zwarcie, przerwy w obwodzie) nie mogły wywołać wybuchu mieszaniny wybuchowej. Zaprojektowanie takiego urządzenia jest możliwe dla obwodów o ograniczonej mocy, nie jest bowiem możliwe wykonanie np. iskro bezpiecznego silnika. Jako iskro bezpieczny można, więc wykonać urządzenie małej mocy, tzw. sygnalizacyjne , pomiarowe, sterujące itp. Jest to jednocześnie konstrukcja zalecana dla wszystkich urządzeń niskoenergetycznych, jako zapewniające bardzo wysoki stopień bezpieczeństwa, stosunkowo lania i niezawodna. Urządzania iskro bezpieczne wykonuje się w dwóch stopniach iskro bezpieczeństwa, oznaczonych: K I, K II. Przy występowaniu iskrzenia prawdopodobieństwo zapalenia mieszaniny wybuchowej przez urządzenie wykonane w stopniu k I, w stanie normalnej pracy nie może być większe niż 10-8, awaryjnym stanie pracy nie większe niż 10-6. Natomiast w urządzeniach o" stopniu K II przy każdym stanie pracy od 10-8. Obudowa urządzeń iskro i bezpiecznych powinna być wykonana w stopniu ochrony JP -54, a gdy urządzenie jest przeznaczone tylko do pracy w pomieszczeniach suchych, dopuszcza się stosowanie stopnia ochrony JP-44. Obudowa w zasadzie się nie zmienia. Obwody zewnętrzne muszą być również wykonane jako iskro bezpieczne, jeżeli parametry mają wpływ na energię iskry. Zaciski obwodów iskro bezpiecznych maluje się na niebiesko, dopuszcza się tylko połączenia lutowane i pewne połączenia mechaniczne. Jeżeli do tego samego urządzenia doprowadzone są obwody iskro-bezpieczne i inne, powinny być od siebie oddzielone (przegrodami lub odległością) i wyraźnie oznaczone. Połączenia wewnętrzne w urządzeniach mogą być wykonane tylko przewodami miedzianymi drutowymi, o śred. nie mniejszej niż 0, 5 mm. Obwody iskrobezpieczne należy zasilać z własnych źródeł energii tj: akumulatory, ogniwa suche, induktory lub z sieci przez transformator oddzielający. Elementy układów iskrobezpiecznych również musza spełniać określono wymagania zapewniające całkowite bezpieczeństwo: -oporniki wykonane jako warstwowe lub drutowe. Jeżeli stosuje się oporniki drutowe to zalecane są cementowane.
-kondensatory powinny mieć budowę zamkniętą i nawet w stanie awaryjnym napięcie na nich nie może przekroczyć 1/3 napięcia znamionowego •lampy elektronowe, żarówki, bezpieczniki topikowe wewnątrz urządzenia iskrobezpiecznego muszą mieć budowę ognioszczelna, diody i prostowniki dobiera się 5-krotnym współczynnikiem bezpieczeństwa w stosunku do obwodu iskrobezpiecznego •zastosowanie specjalnych układów geometrycznych których zadaniem jest zmniejszenie wpływu parametrów elektrycznych na zapalność iskry (boczniki ochronne). Całkowite zabezpieczenie przed zapłonem mieszaniny wybuchowej musi być zapewnione nie tylko w przypadku wystąpienia iskier , ale również w przypadku nagrzania urządzenia, dlatego wszystkie elementy urządzeń iskrobezpiecznych w .stanic normalnej pracy i w stanie awaryjnym nie powinny—przekroczyć dopuszczalnych przyrostów temp. wg klas bezpieczeństwa (wg tabeli). Najważniejszym parametrem wg którego oblicza nie urządzenia iskro bezpiecznym dla danej mieszaniny wybuchowej jest PRĄD ZAPALAJĄCY - wartość prądu przy której prawdopodobieństwo zapalenia mieszaniny wybuchowej jest równe 10 (wartości orientacyjne podają tabele). 4.Urządzenia z osłoną olejową: Def. Są to urządzenia których wszystkie części mogą wywołać zapłon mieszaniny wybuchowej są tak głęboko zanurzone w oleju że powstające w nich łuki elektryczne, iskry, temp. poszczególnych części i gorące gazy nie mogą spowodować zapłonu mieszaniny wybuchowej, znajdujące się na zewnątrz oleju. Wymagania: •stopień ochrony przed dotknięciem, przedostawaniem się ciał stałych i wody, co najmniej IP-54, wyjątek: urządzenia o mocy wyłączalnej >lkVA, których obudowa jest wyposażona w otwory na odprowadzeni gazów, pochodzących z rozkładu oleju (pod wpływem nagrzewania się części w nim zanurzonych).
-obudowa wyposażona w olejowiskach lub okienko kontrolne, najniższy poziom w stanie zimnym musi pokrywać 25mm warstwą części, w którym mogą powstać luki, iskry. Olej uzupełniamy wg wymagań jak dla oleju nowego. •temperatura w stanach normalnych i awaryjnych nie może przekraczać dopuszczalnych podanych w tabelach (odpowiednio dla grup zapłonowych) •odporność izolacji przewodów i części urządzeń zanurzonych w oleju lub narażonych na działanie par oleju •połączenia śrubowe zabezpieczone przed odkręceniem samoczynnym •aparaty łącznikowe znajdujące się ponad powierzchnią oleju, muszą być wykonane jako ognioszczelne dla klasy wybuchowości U C, pozostałe urządzeni pod powierzchnią oleju w ' wykonaniu co najmniej wzmocnionym. Konstrukcje w osłonie olejowej stosuj się do transformatorów, przekładników, liczników, urządzeń sterowniczych . i Konstrukcji tej nie można stosować do urządzeń prądu stałego, urządzeń przenośnych oraz urządzeń dźwigowych zasilanych' z szyn lub przewodów ślizgowych.
5.Urządzenia z osłoną piaskową: są to urządzenia elektryczne, których osłoną jest wypełniona piaskiem lub innym materiałem sypkim w taki sposób, aby awaryjny luk elektryczny powstający wewnątrz osłony nie mógł spowodować zapłonu mieszaniny wybuchowej na zewnątrz osłony ani przez nadmierne nagrzanie ścian osłony. Obudowa -wymagania -obudowa urządzeń elektrycznych przeciwwybuchowych z osłoną , piaskową powinna być metalowa ' (dopuszcza się inne), odporna mechanicznie, wilgoć, spływy chemicznie niepalna. Wymagany stopień ochrony obudowy IP-54. Od zewnątrz zabezpieczyć przed korozją. W obudowie wykonać okienka kontrolne do sprawdzani przeciwwybuchowej warstwy piasku. •temperatura zewnętrzna obudowy nie może przekroczyć przy normalnych i awaryjnych stanach , wartości dopuszczalnych odpowiednio dla grup zapłonowych (wartości wg tabel) •grubość przeciwwybuchowej warstwy piasku oblicza się wg wartości skutecznej ustalonego prądu zwarcia w urządzeniu (wg zasad obliczeń podanych normie szczegółowej). Dla urządzeń o klasie bezpieczeństwa 2 C przeznaczonych do pracy w pomieszczeniach zagrożonych wybuchem gazów i par w grupie zapłonowej T4, T5, T6, mini grubość warstwy wypełniacza (piasku) nie mniejsza niż 25mm, dla urządzeń z ekranem ochronnym, 50mm bez ekranu ochronnego •zastosowanie w urządzeniu j ekranu ochronnego pozwala zmniejszyć grubość warstwy wypełniacza, a zatem gabaryty i ciężar urządzenia
•urządzenia o konstrukcji piaskowej z ekranem ochron i bez
•urządzenia umieszczone w piasku nie mogą mieć izolacji z materiałów organicznych
połączenie tworzące zestyk elektryczny wykonany z miedzi lub mosiądzu zabezpieczony przed korozją, -ważniejsze połączenie spawane lub lutowane twarde, pozostałe śrubowe zabezpieczone przed samo odkręceniem-
•części urządzenia znajdujące się poza piaskiem w obud. Ex
•osłonę piaskową można stosować tylko dla takich urządzeń elektrycznych, które nie mają elementów ruchowych i stykowych (oporniki, cewki, transformatory)
6.Osłona gazowa z nadciśnieniem. Są to urządzenia elektryczne w których bezpieczeństwo wobec mieszanin wybuchowy jest osiągnięte przez umieszczenie ich w zamkniętej obudowie wypełnianej gazem ochronnym znajdującym się stale pod określonym nadciśnieniem względem atmosfery otaczającej w celu nie dopuszczenia do wnętrza mieszań wybuchowych. Wymagania: -ciśnienie wyższe od otaczającej atmosfery od 10-40 H20. •wszystkie elektryczne urządzenia pomocnicze w obudowie muszą mieć budowę równorzędną w budowie ognioszczelnej lub wzmocnionej •aparatura do pomiaru ciśnienie z sygnałem akustycznym lub wyłączającym z pod napięcia w przypadku spadku ciśnienia poniżej dopuszczalnej wartości •wyposażenie w blokady zabezpieczające przed uruchomieniem urządzenia do chwili całkowitego usunięcia pierwotnej atmosfer z wnętrza osłony •osłony te stosuje się dla urządzeń, które nie wydzielają ciepła lub niewielkie, które może być odprowadzone bez przewietrzania. Urządzenia spotykane stosunkowo rzadko konstrukcja uważana za specjalną.
7.Urządzenia hermetyzowane masą izolacyjną. Ze względu na konieczność zapewnienia w urządzeniach o konstrukcji wzmocnionej prawdopodobieństwa przedostania się iskier do urządzenia także w warunkach górnych dopuszczalnych temp. (dla odpowiednich grup zapłonowych) oraz przedostawania się, pyłów, par i gazów stosuje się materiały izolacyjne —cechujące się: odpornością na działanie gorąca, oleju i par oleju, wilgoci, łuku elektrycznego. Dla spełniających zadań stosuje się termoutwardzalne oraz tworzywa warstwowe z nośnikiem papierowym lub włóknistym stosujemy mat. Nasiąkliwych jak.: drewno, fibra, preszpan, azbest, łubek. Ogólne zasady stosowania urządzeń elektrycznych w wykonaniu przeciw-wybuchowym:•mas wykorzystanie zdolności produkcyjnej aparatury technologiczne, •największe możliwe bezpieczeństwo ruchu • przy pracy normalnej i w czasie nienormalnym. W odniesieniu do urządzeń elektrycznych podst. Bezpiecznej pracy w atmosferze mieszaniny wybuchowej jest zachowanie odpowiedniej temp. i niedopuszczenie do iskrzenia w czasie normalnej pracy oraz w przypadku uszkodzenia urządzeń elektrycznych. Dobór parametr w mechanicznych i elektrycznych do konstrukcji przeciw wybuchowych tych urządzeń. Rodzaj konstrukcji Ex urządzeń wybuchowych wybiera się stosując jednocześnie dwa punkty widzenia: 1.kategorie zagrożenia wybuchem do jakiej zostało zaliczone pomieszczeni a więc zależnie od klasy wybuchowość i grupy zapłonowej mieszaniny wybuchowej 2.W zależności od rodzaju i przeznaczenia urządzeń. Inne: ograniczeni stosowania urządzeń elektrycznych w przestrzeniach zagrożonych wybuchem. Szczegółowe -zasady doboru urządzeń elektroenergety-cznych w przestrzeniach zagrożonych wybuchem określają ogólne i szczegółowe zasady stosowania określone 0 przez GiE oraz MBPiMB.