Меню

Причины теплового проявления электрического тока

Вопрос 2. Тепловое проявление электрической энергии, пожарная опасность и меры профилактики.

Тепловое проявление электрической энергии в сетях, связанных:

с токами короткого замыкания;

большими переходными сопротивлениями;

Тепловое проявление электрической энергии в условиях технологических процессов производств может быть источником зажигания в различных случаях.

Например, в результате несоответствия электрооборудования номинальным токовым нагрузкам или характеру окружающей среды (влажности, температуры, химической активности).

В результате перегрузки электрических сетей и электродвигателей – приводов вращающихся узлов и механизмов технологических машин и аппаратов (смесителей и реакторов с перемешивающими устройствами, вращающихся барабанных сушилок, молотковых и шаровых мельниц, подъемно-транспортных устройств и т.п.).

Пожаровзрывоопасные ситуации возникают в технологических процессах производств при возникновении токов короткого замыкания, при пробоях изоляции, чрезмерном перегреве электродвигателей.

В результате механических повреждений электрооборудования или отдельных участков электрических цепей, при искровых разрядах статического электричества и атмосферного электричества.

Тепловое проявление электрической энергии в сетях, связанных с возникновением токов короткого замыкания (КЗ)

Наиболее распространенной причиной возникновения токов короткого замыкания является повреждение изоляции электрических проводов. Повреждение изоляции электрических проводов или других токоведущих частей происходит вследствие механических повреждений, старения изоляции от длительной эксплуатации, от эксплуатации в агрессивных средах (пары кислот и щелочей) и действия влаги, от систематических перегрузок и т.п.

Возникновение токов короткого замыкания может быть вызвано обрывом провода с последующим соприкосновением неизолированных токопроводящих элементов между собой, имеющих различную полярность (постоянный ток), подключенных к различным фазам (многофазный переменный ток) или имеющих различные потенциалы (замыкание на землю, заземленные предметы и нулевые провода).

Кроме того, короткое замыкание может произойти и в результате несоответствия примененных марок проводов их фактическому назначению.

Токи короткого замыкания образуются вследствие непредусмотренного нормальными условиями работы замыкания через малое сопротивление между фазами.

При КЗ общее сопротивление электрической цепи резко уменьшается, что приводит к значительному увеличению тока в ней по сравнению с током нормального режима.

Пожарная опасность токов короткого замыкания связана в основном с высокой температурой образующейся дуги в зоне замыкания (около2000 – 4000 0 С) и характеризуется:

во-первых, способностью изоляции загораться от нагрева токопроводящей жилы током или дугой КЗ;

во-вторых, возможностью образовывать в момент замыкания расплавленные (горящие) частицы проводниковых материалов, которые, разлетаясь, могут создавать самостоятельные очаги пожаров.

Замыкания и искровые пробои между обкладками конденсаторов, между электродами аппаратов и устройств (например, между электродами электродегидраторов установок обессоливания и обезвоживания нефти) могут привести к повреждениям герметичных аппаратов и воспламенению горючих веществ.

Тепловое проявление электрической энергии в сетях, связанных с перегрузкой

Перегрузка электрических сетей и машин вызывается увеличением механической нагрузки на электродвигатели, а также подключением к электрическим сетям дополнительных токоприемников, на которые сети не рассчитаны.

Увеличение силы тока в сетях и машинах приводит к выделению большого количества тепла и воспламенению изоляции.

Опасные последствия перегрузки наблюдаются при неправильной автоматической защите сетей.

Тепловое проявление электрической энергии в сетях, связанных с большими переходными сопротивлениями

Большие переходные сопротивления возникают чаще всего в местах, где провода и кабели некачественно присоединяются к машинам и аппаратам или токопроводящие жилы соединяются друг с другом холодной скруткой, а также в местах плохого контакта.

В местах больших переходных сопротивлений выделяется значительное количество тепла, что может привести к загоранию изоляции, а также рядом находящихся горючих веществ.

Разряды статического электричества могут образовываться при транспортировке жидкостей, газов и пылей, при ударах, измельчении, распылении и подобных процессах механического воздействия на материалы и вещества, являющиеся диэлектриками.

Искровые разряды статического электричества могут воспламенять паро-газо- и пылевоздушные смеси.

Накапливанию высоких потенциалов статического электричества и формированию искровых разрядов способствует:

— отсутствие или неэффективность специальных мер защиты от статического электричества;

— образование электроизоляционного слоя отложений на заземленных поверхностях;

— нарушение режимов работы аппаратов (увеличение скорости движения веществ, падение струи с высоты, загрязненность движущихся жидкостей или наличие на их поверхности каких-либо плавающих тел и т.п.).

Отсутствие, неисправность или неправильная эксплуатация систем молниезащиты в зонах активного проявления грозовой деятельности могут вызвать поражение зданий, сооружений, технологических установок прямыми ударами молнии, особенно при наличии массивных высоких металлических конструкций или аппаратов со стравливающими линиями и воздушками.

Индукционное и электромагнитное воздействие атмосферного электричества способствует появлению значительных электрических потенциалов на производственном оборудовании трубопроводах и строительных конструкциях.

Отсутствие или неисправность систем заземления аппаратов и конструкций, отсутствие перемычек между трубопроводами могут привести к образованию опасных искровых разрядов.

В некоторых случаях воспламенение горючих веществ происходит в результате индукционного и диэлектрического нагрева.

Так, при воздействии переменных магнитных полей происходит нагрев до высокой температуры металлических частичек, оказавшихся, например, в древесине при сушке ее токами высокой частоты.

Кроме того, могут быть местные перегревы диэлектриков, попавших под воздействие переменного электрического тока (например, наличие сучковатых смолистых досок при сушке древесины токами высокой частоты).

Меры по предупреждению опасности теплового проявления электрической энергии

Предупреждение опасности теплового проявления электрической энергии обеспечивается правильным уровнем и вида взрывозащиты электродвигателей и аппаратов управления, другого электрического и вспомогательного оборудования в соответствии с классом пожаро- или взрывоопасной зоны, категории и группы пожароопасной смеси (для взрывоопасных зон), а также с общими свойствами и характером окружающей среды (влажностью, температурой, химической активностью и т.п.).

Важное значение имеет также:

— Систематическое проведение испытаний сопротивления изоляции электросетей и электрических машин в соответствии с графиком планово-предупредительного ремонта.

— Надежная защита от токов короткого замыкания быстродействующими предохранителями и автоматическими выключателями (автоматами).

— Предупреждение технологической перегрузки.

Предусматривается аварийное отключение электрических машин в тех случаях, когда в них появляется дым или огонь, заметно снижается частота вращения валов, происходит чрезмерный перегрев подшипников.

Кроме того, предусматриваются мероприятия по предупреждению больших переходных сопротивлений путем систематического осмотра и ремонта контактной части электрооборудования.

Предусматриваются мероприятия по исключению разрядов статического электричества путем заземления технологического оборудования, повышения влажности воздуха или применения антистатических примесей в наиболее вероятных местах генерирования зарядов, ионизации среды в аппаратах и ограничения скорости движения электризующихся жидкостей.

Предусматривается защита зданий и сооружений, отдельно стоящих аппаратов от прямых ударов молнии молниеотводами и от вторичных ее воздействий.

Источник

Тепловое действие тока

Подключение проводника к источнику питания провоцирует взаимодействие носителей зарядов с молекулярной структурой соответствующего вещества. При определенных условиях этот процесс сопровождается нагревом. Тепловое действие тока используют при создании ТЭНов, предохранителей, других устройств. Примеры расчетов и другие полезные сведения из этой публикации помогут решать различные практические задачи.

Простой эксперимент демонстрирует, как происходит повышение температуры проводника

Формула расчета и ее элементы

Суть явления понятна из упомянутого выше общего определения. Движущиеся электроны взаимодействуют с ионами вещества проводника с преобразованием механической энергии в теплоту. Увеличение силы тока повышает интенсивность процесса.

Наглядный пример – электролиз. При опускании в раствор подключенных к батарее пластин положительно заряженные ионы и электроны движутся в противоположных направлениях. Достаточно высокий ток провоцирует перемещение примесей с последующим осаждением на поверхности электродов. Одновременно происходит нагрев жидкости.

При подключении к источнику медного проводника химические реакции отсутствуют. Если исключить механические воздействия (электромагнитная индукция, движение ионов в растворе), вся работа тока в соответствующей цепи будет направлена только на увеличение внутренней энергии вещества.

Действие электрического тока при подключении к жидкому и металлическому проводнику

Следовательно, во втором примере работу (A) можно принять равной увеличению энергетического потенциала, который выражается соответствующим количеством теплоты (Q). Основная формула:

где:

  • U – напряжение;
  • I – ток;
  • t – время.

Для удобства расчетов можно использовать иные эквиваленты на основе формул закона Ома:

  • U = I * R;
  • R – электрическое сопротивление проводника;
  • значит, Q = I2 * R * t.
Читайте также:  Пробник для переменного тока

Закон теплового действия тока закон Джоуля-Ленца

Рассмотренный выше эффект нагрева был зарегистрирован в начале 19 века. Однако точную зависимость теплоты и силы тока вместе с формулами для вычислений установили позднее в 1841 и 1842 г. ученые Д. Джоуль и Э. Ленц. По их фамилиям получил название соответствующий закон.

Практическое значение

Понятно, что количество выделяемого тепла зависит от плотности тока и проводимости определенного вещества. Наглядно соответствующие влияния можно регистрировать в ходе последовательного пропускания тока 2 и 50 А через контрольную медную жилу сечением 2 мм кв. Во втором эксперименте нагрев будет значительно сильнее. Его можно уменьшить, увеличив диаметр проводника.

Снижение потерь энергии

Рассмотренный пример демонстрирует нежелательное явление для линий электропередач. Использование части энергии на обогрев окружающего пространства увеличивает потери воздушных линий. Превышение порогового значения провоцирует разрушение жил, защитных оболочек. Чрезмерное повышение температуры – причина возникновения пожаров.

Подобные явления происходят, если выбрана чрезмерная сила тока, либо недостаточно поперечное сечение проводника. Количество тепла, выделяемого в линии, обратно пропорционально зависит от квадрата напряжения (U) на подключенном потребляющем устройстве. Повышением U можно уменьшить потери. Однако подобное действие увеличивает вероятность короткого замыкания, ухудшает общие параметры безопасности.

Выбор проводов для цепей

Отмеченные выше проблемы теплового разрушения в значительной мере зависят от удельного сопротивления (Rу). Для наглядности можно использовать материалы со значительно различающимися характеристиками.

Эксперимент с различными проводниками

Расчеты количества теплоты (Q, Дж) для образцов длиной 1 м сечением 1 мм кв. при силе тока 5А за 30 секунд:

  • медь – 12,75;
  • сталь – 75;
  • никелин – 315.

Особое внимание следует уделять параметрам силовых кабелей, которые должны сохранять целостность в процессе реальной эксплуатации. Как правило, бытовые линии монтируют в глубине строительных конструкций. Такой способ подразумевает хорошую защищенность от неблагоприятных внешних воздействий. Вместе с тем возрастают затраты на исправление ошибок и устранение последствий аварий.

Чтобы использовать кабельную продукцию правильно, следует руководствоваться тематическими нормативами, которые изложены в ПУЭ. Для упрощения выбора предлагаются специализированные таблицы, в которых приведены результаты расчетов с учетом следующих важных факторов:

  • тип изоляции;
  • длительность и величина перегрузок;
  • особенности прокладки.

Отдельно рассмотрены в ПУЭ поправочные коэффициенты, учитывающие увеличение сопротивления при росте температуры. Данное явление объясняется повышением частоты колебаний атомов, что создает дополнительные препятствия электрическому току.

Пример:

  • проводник нагревается номинальным током 7 А до +50°C при температуре окружающей среды +25°C;
  • подбирают подходящую продукцию с учетом реальных условий;
  • если кабель будет применяться на открытом воздухе, где температура повышается до +45°C, используют коэффициент 0,45 (допустимый ток уменьшается I=7*0,45=3,15 А);
  • при морозе (-5°С) выбирают иной поправочный множитель:

Ускорить выбор можно с помощью сводных таблиц. В них приведены допустимые токи для медных (алюминиевых) жил с нормированным сечением.

Электронагревательные приборы

С учетом одинаковой величины тока в любой части единой цепи можно создать конструкцию для намеренного нагрева определенной зоны. Здесь устанавливают проводник с высоким удельным сопротивлением либо уменьшают площадь поперечного сечения. Точный расчет поможет исключить повышение температуры до критического уровня, разрушающего изделие.

Подводящие питание проводники выбирают на основе принципов, изложенных в предыдущем разделе. Они не должны перегреваться чрезмерно в установленных планом условиях эксплуатации.

Плавкие предохранители

Термический разрыв цепи используют для защиты оборудования и потребителей, если сила тока превышает номинальное значение. Специализированные устройства (плавкие предохранители) делают из свинца, стали, других металлов и сплавов. В нормальном рабочем режиме тепло рассеивается, не вызывает повреждений. После достижения пороговых значений существенно увеличиваются сопротивление и температура. На определенном уровне происходит разрушение элемента с одновременным отключением источника питания.

Плавкие предохранители оценивают комплексным параметром (К) по формуле:

где:

  • I – пороговое значение тока;
  • t – это максимальное время разрушения.

Одноразовые недорогие изделия этой категории рассчитаны на сравнительно небольшие токи (0,25-2 А). Типичная конструкция – тонкая проволока в трубке из кварцевого стекла с контактами для установки на монтажную плату. Такие предохранители устанавливают в радиоаппаратуре для защиты отдельных цепей. Визуальной проверкой можно быстро установить целостность предохранителей.

Вставки, рассчитанные на сильные токи, помещают в песок или другую специальную среду. Такое решение предотвращает образование плазмы, обеспечивает быстрый разрыв цепи. В некоторых модификациях корпус предохранителя создают из специальных материалов, генерирующих газ при сильном нагреве. Он ускоряет гашение дуги. Также применяют механизмы, увеличивающие расстояние между клеммами контактов при возникновении аварийных ситуаций.

К сведению. Для сильноточных цепей выпускают предохранители со сменными вставками.

Применение теплового действия электротока

Тепловое действие электрического тока используется в нагревательных элементах:

  • отопительных приборов;
  • бойлеров;
  • утюгов;
  • стиральных и посудомоечных машин;
  • чайников, кофеварок.

С помощью специального кабеля предотвращают промерзание труб и образование наледей на порогах. Тепловыми «пушками» быстро поднимают температуру в крупных помещениях, ускоряют выполнение штукатурных работ.

Следует отметить перспективность применения электрических конвекторов, по сравнению с классическими радиаторами отопления:

  • простота;
  • компактность;
  • малый вес;
  • долговечность;
  • хорошая совместимость с новейшими системами управления и контроля категории «умный дом».

Отдельно следует отметить высокий уровень безопасности. Защиту сильноточных цепей можно обеспечить дешевыми плавкими предохранителями. Это гораздо дешевле и надежнее, по сравнению с комплексом мероприятий по предотвращению образования газовой смеси.

В типовых предохранителях, кроме цифровых обозначений, номинальную силу тока указывают цветными метками

Не всегда тепловое действие выполняет полезные функции. Устаревшие лампы накаливания, например, значительную часть энергии тратят на бесполезный обогрев окружающего пространства. Значительно эффективнее работают экономичные газоразрядные и светодиодные приборы.

Видео

Источник

Тепловое действие тока, плотность тока и их влияние на нагрев проводников

Под тепловым действием электрического тока понимают выделение тепловой энергии в процессе прохождения тока по проводнику. Когда через проводник проходит ток, образующие ток свободные электроны сталкиваются с ионами и атомами проводника, нагревая его.

Выделяемое при этом количество теплоты можно определить с помощью закона Джоуля-Ленца, который формулируется так: количество теплоты, выделяемое при прохождении электрического тока через проводник, равно произведению квадрата тока, сопротивления данного проводника и времени прохождения тока через проводник.

Закон Джоуля-Ленца

Приняв ток в амперах, сопротивление в омах, а время в секундах, получим количество теплоты в джоулях. А учитывая что произведение тока на сопротивление — есть напряжение, а произведение напряжения на ток — мощность, в результате оказывается, что количество выделенной теплоты в данном случае равно количеству электрической энергии, переданной данному проводнику во время прохождения по нему тока. То есть электрическая энергия преобразуется в тепловую.

Получение тепловой энергии из электрической широко применяется с давних времен в различной технике. Электронагревательные приборы, такие как обогреватели, водонагреватели, электрические плиты, паяльники, электропечи и т. д., а также электросварка, лампы накаливания и многое другое используют именно этот принцип для получения тепла.

Электрическая плитка

Но в большом количестве электрических устройств нагрев, вызываемый током, вреден: электродвигатели, трансформаторы, провода, электромагниты и т. д. — в данных устройствах, не предназначенных для получения тепла, нагрев снижает их КПД, мешает эффективной работе, и даже может привести к аварийным ситуациям.

Для любого проводника, в зависимости от параметров окружающей среды, характерно определенное допустимое значение величины тока, при котором проводник заметно не нагревается.

Так, например, для нахождения допустимой токовой нагрузки на провода, используют параметр «плотность тока», характеризующий ток, приходящийся на 1 кв.мм площади поперечного сечения данного проводника.

Допустимая плотность тока для каждого проводящего материала в определенных условиях своя, она зависит от многих факторов: от вида изоляции, интенсивности охлаждения, температуры окружающей среды, площади поперечного сечения и т. д.

К примеру для электрических машин, где обмотки изготавливают, как правило, из меди, величина предельно допустимой плотности тока не должна превышать 3-6 ампер на кв.мм. Для лампы накаливания, а точнее для ее вольфрамовой нити, — не более 15 ампер на кв.мм.

Читайте также:  По струнам мой ток доводит до слез

Для проводов осветительных и силовых сетей предельно допустимая плотность тока принимается исходя из вида их изоляции и площади поперечного сечения.

Если материалом проводника служит медь, а изоляция резиновая, то при площади сечения, например, в 4 кв.мм допускается плотность тока не более 10,2 ампер на кв.мм, а если сечение 50 кв.мм, то допустимая плотность тока будет всего 4,3 ампера на кв.мм. Если же проводники указанной площади не имеют изоляции, то допустимые плотности тока будут соответственно 12,5 и 5,6 ампер на кв.мм.

Нагретые током электрические проводники

С чем же связано понижение допустимой плотности тока для проводников большего сечения? Дело в том, что проводники с существенной площадью поперечного сечения, в отличие от проводников малого сечения, имеют больший объем проводящего материала расположенного внутри, и получается что внутренние слои проводника сами окружены нагревающимися слоями, которые мешают отводу тепла изнутри.

Чем больше площадь поверхности проводника по отношению к его объему, — тем большую плотность тока способен выдержать проводник не перегреваясь. Неизолированные проводники допускают нагрев до более высокой температуры, так как от них тепло отводится прямо в окружающую среду, изоляция этому не препятствует, и охлаждение происходит быстрее, поэтому для них допускается более высокая плотность тока чем для проводников в изоляции.

Если превысить допустимый для проводника ток, он начнет перегреваться, и в какой-то момент его температура окажется чрезмерной. Изоляция обмотки электродвигателя, генератора или просто проводки, может в таких условиях обуглиться или загореться, что приведет к короткому замыканию и пожару. Если же говорить о неизолированном проводе, то он при высокой температуре может просто расплавиться и разорвать цепь, в которой служит проводником.

Электродвигатель на экране тепловизора

Превышение допустимого тока принято предотвращать. Поэтому в электрических установках обычно принимают специальные меры с целью автоматического отключения от источника питания той части цепи или того электроприемника, в котором случилась перегрузка по току или короткое замыкание. Для этого служат автоматические выключатели, плавкие предохранители и другие устройства, несущие аналогичную функцию — разорвать цепь при перегрузке.

Из закона Джоуля-Ленца следует, что перегрев проводника может произойти не только из-за превышения тока через его поперечное сечение, но и из-за более высокого сопротивления проводника. По этой причине для полноценной и надежной работы любой электрической установки крайне важно сопротивление, особенно в местах соединения друг с другом отдельных проводников.

Электрическое соединение жил кабеля с помощью клеммника

Если проводники соединены не плотно, если их контакт друг с другом не качественный, то сопротивление в месте соединения (так называемое переходное сопротивление в месте контакта) окажется выше чем для цельного участка проводника той же длины.

В результате прохождения тока через такое некачественное, не достаточно плотное соединение, место данного соединения будет перегреваться, что чревато возгоранием, выгоранием проводников или даже пожаром.

Чтобы этого избежать, концы соединяемых проводников надежно зачищают, облуживают и оснащают кабельными наконечниками (впаивают или прессуют) или гильзами, которые обеспечивают запас на переходное сопротивление в месте контакта. Такие наконечники можно плотно закрепить на клеммах электрической машины при помощи болтов.

К электрическим аппаратам, предназначенным для включения и выключения тока, также применяют меры по уменьшению переходного сопротивления между контактами.

Источник

Тепловое проявление электрической энергии как источник зажигания горючей смеси. Причины появления данных источников

Тепловое проявление электрической энергиив условиях технологических процессов производств может быть источником зажигания в различных случаях, например, в результате: несоответствия электрооборудования номинальным токовым нагрузкам или характеру окружающей среды (влажности, температуры, химической активности); перегрузки электрических сетей и электродвигателей – приводов вращающихся узлов и механизмов технологических машин и аппаратов (смесителей и реакторов с перемешивающими устройствами, вращающихся барабанных сушилок, молотковых и шаровых мельниц, подъемно-транспортных устройств и т.п.); механических повреждений электрооборудования и т. п.

Ктепловому проявлению электрической энергии как источника зажигания относятся:

– искры и дуги коротких замыканий;

– искры при размыкании и замыкании цепей;

– перегревы от длительной перегрузки;

– перегревы при наличии переходного сопротивления;

– вынос эл. напряжения на аппараты и конструкции;

– нагрев индукционными токами;

– нагрев от диэлектрических потерь;

– разряды статического электричества;

На каждом производстве имеется различное электрооборудование, которое может быть причиной пожара, если имеющиеся меры защиты недостаточно эффективны.

Чтобы выявить возможность появления источников зажигания от теплового проявления электроэнергии, необходимо оценить:

– соответствует ли силовое и осветительное электрооборудование характеру воздействия на него среды и классу зоны рассматриваемого помещения согласно ПУЭ;

– имеется ли защита от проникновения паров и газов из пожаровзрывоопасных помещений в помещениях с нормальной средой, в которых используется электрооборудование в открытом исполнении;

– как электросети и машины защищены от возможных повреждений, способных вызвать короткое замыкание;

– как предотвращаются искровые разряды статического электричества при перемешивании, ударах, измельчении, перемещении, распылении и других воздействиях на материалы и вещества, являющиеся диэлектриками.

Знание классификации источников зажигания и причин их проявления позволяет разрабатывать противопожарные мероприятия по предотвращению их возникновения в горючей среде.

Исследование различных вариантов аварий, путей распространения пожара и выбор проектной аварии

Наибольшую опасность для производства представляют повреждения и аварии технологического оборудования и трубопроводов, в результате которых значительное количество горючих веществ выходит наружу, вызывая опасные скопления паров и газов в помещениях, загазованность открытых территорий, разлив жидкостей на большие площади. Если в поврежденных аппаратах и трубопроводах горючие вещества нагреты выше температуры самовоспламенения, то при выходе наружу и соприкосновении с воздухом произойдет их загорание. Если же выходящее из поврежденных аппаратов или трубопроводов горючее вещество нагрето ниже температуры самовоспламенения, но выше температуры вспышки (для жидкостей), то произойдет образование горючих смесей паров или газов с воздухом.

Чтобы решить, какой вид повреждения является наиболее специфичным для данного производства и какой из аппаратов будет являться наиболее опасным при разрушении, необходимо исходить из результатов анализа возможных причин повреждений и аварий (см. п.2.3.3). При этом необходимо учитывать случаи повреждений и аварий, как на данном объекте, так и на других объектах, родственных ему по технологии.

Условия, способствующие распространению начавшегося пожара на производстве:

1) Скопление значительного количества горючих веществ и материалов в производственных, складских помещениях и на открытых площадках.

2) Наличие разветвленной системы вентиляции, а также отсутствие или неисправность огнепреграждающих клапанов, обратных клапанов, шиберов, заслонок в системах вентиляции.

3) Наличие технологических коммуникаций большой протяженности (производственная канализация, технологические трубопроводы, транспортерныелинии, пневмотранспорт).

По производственным коммуникациям пламя может распространяться в тех случаях:

– если внутри трубопроводов, воздуховодов, траншей, туннелей или лотков образовалась горючая концентрация пара, газа или пыли;

– когда трубопроводы с горючими жидкостями работают неполным сечением;

– если имеетсяслой горючей жидкости на поверхности воды в системе производственной канализации, лотках и траншеях или горючие отложения на поверхности труб, каналов и воздухопроводов;

– когда в системе находятся газы, газовые смеси или жидкости, способные разлагаться с воспламенением под воздействием высокой температуры или давления;

– огонь может распространяться также через незаделанные проемы в глухих стенах и перекрытиях, где проходят трубопроводы, нории и другие транспортные устройства.

4) Аварии аппаратов и трубопроводов, сопровождающиеся разливом ЛВЖ, ГЖ и загазованностью помещений и установок.

5) Наличие незащищенных технологических и других проемов в перекрытиях, стенах, перегородках.

Читайте также:  Почему нельзя варить алюминий постоянным током

6) Отсутствие автоматических установок обнаружения и тушения пожара.

7) Отсутствие или неисправность телефонной связи.

8) Отсутствие пожарного водоснабжения.

9) Отсутствие аварийных сливов огнеопасных жидкостей из технологических аппаратов и трубопроводов.

10) Отсутствие или неисправность первичных средств пожаротушения.

11) Появление на пожаре внезапных факторов (взрыв аппарата, выбросы, обрушение конструкций и т.д.). Так, взрыв горючих смесей в аппаратах и трубопроводах может привести к их разрушению, при этом возможно повреждение соседних аппаратов, электрооборудования, а в некоторых случаях и строительных конструкций. По имеющимся данным, более 30 % всех взрывов сопровождаются возникновением пожаров, а в некоторых случаях воздействие теплоты пожара является причиной взрыва аппаратов, баллонов, емкостей. Разрушения и повреждения аппаратов, вызванные взрывом, способствуют быстрому распространению пожара, увеличению его масштабов. Взрывы осложняют действия подразделений пожарной охраны по пожаротушению и ликвидации аварий, являются причиной травм людей. Все это обусловливает необходимость эффективной защиты аппаратов от разрушения при возможном взрыве.

Характерным признаком взрыва является быстрое нарастание давления в аппарате. Так, при горении паро- и газовоздушных стехиометрических смесей (без явления детонации) давление в сосудах по сравнению с начальным возрастает в 8-10 раз, а при горении пылевоздушных смесей — в 4-6 раз.

Оценку опасности возникновения пожара и путей его распространения проводят с помощью схем расположения опасного оборудования, построенных на основе планов производственных зданий, установок, этажерок и помещений.

На схемах и картах указывают:

– места возможного образования пожаровзрывоопасной горючей среды;

– участки возможных аварий и их причины;

– вероятные источники зажигания;

– пути распространения огня при пожаре;

– предусмотренные проектом меры защиты участков, узлов и аппаратов от пожара.

При этом необходимо дополнительно учитывать:

– возможность образования локальных концентраций горючих смесей у мест выхода паров и газов в помещение у аппаратов, постоянно или временно сообщающихся с внешней средой через открытые люки, дыхательные линии, предохранительные клапаны или имеющие открытые поверхности испарения;

– наличие и эффективность системы отсоса, продувки инертным газом и блокировки у аппаратов периодического действия, загрузка и разгрузка которых сопровождается открытием люков и крышек;

– эффективность отводных линий у аппаратов и емкостей, оснащенных дыхательными устройствами, предохранительными клапанами, устройствами ручного стравливания;

– работоспособность и эффективность систем улавливания газов и паров, устройств против переполнения и растекания жидкостей, приборов контроля и регулирования температуры при эксплуатации открытых емкостей, заполненных горючими жидкостями;

– надежность принятых способов уплотнения сальников, необходимость применения местных отсосов и блокировки вытяжной вентиляции при работе насосов для перекачки ЛВЖ и сжиженных газов и компрессоров.

При наличии аппаратов и оборудования, работающих под вакуумом или в которых по условиям технологического процесса имеются смеси горючих веществ с окислителем, необходимо определить:

– возможность и условия образования в аппарате горючих смесей;

– фактические концентрации горючих газов в смесях;

– необходимость контроля за составом среды в аппарате;

– необходимость в автоматических средствах предупреждения об образовании смесей;

– возможность локализации горючих смесей;

– надежность и эффективность имеющихся средств защиты.

Источник



§ 14. Тепловое действие тока

Выделение тепла при прохождении электрического тока.

При прохождении электрического тока по проводнику в результате столкновений свободных электронов с его атомами и ионами проводник нагревается.

Количество тепла, выделяемого в проводнике при прохождении электрического тока, определяется законом Ленца — Джоуля. Его формулируют следующим образом. Количество выделенного тепла Q равно произведению квадрата силы тока I 2 , сопротивления проводника R и времени t прохождения тока через проводник:

Q = I 2 Rt (34)

Если в этой формуле силу тока брать в амперах, сопротивление в омах, а время в секундах, то получим количество выделенного тепла в джоулях. Из сравнения формул (29) и (34) следует, что количество выделенного тепла равно количеству электрической энергии, полученной данным проводником при прохождении по нему тока.

Допустимая сила и плотность тока.

Превращение электрической энергии в тепловую нашло широкое применение в технике. Оно происходит, например, в различных производственных и бытовых электронагревательных приборах (электрических печах, электроплитах, электрических паяльниках и пр.), в электрических лампах накаливания, аппаратах для электрической сварки и пр.

Однако во многих электрических устройствах, например в электрических машинах и аппаратах, электрических проводах и т. д., превращение электрической энергии в тепло вредно, так как это тепло не только не используется, а наоборот, ухудшает работу этих машин и аппаратов, а в некоторых случаях может вызвать повреждения и аварии.

Каждый проводник в зависимости от условий, в которых он находится, может пропускать, не перегреваясь, ток силой, не превышающей некоторое допустимое значение. Для определения токовой нагрузки проводов часто пользуются понятием допустимой плотности тока J (сила тока I, приходящаяся на 1 мм 2 площади s поперечного сечения проводника):

J = I/s (35)

Допустимая плотность тока зависит от материала провода (медь
или алюминий), вида применяемой изоляции, условий охлаждения, площади поперечного сечения и пр. Например, допустимая плотность тока в проводах обмоток электрических машин не должна превышать 3—6 А/мм 2 , в нити осветительной электрической лампы — 15 А/мм 2 .

В проводах силовых и осветительных сетей плотность тока может быть различной в зависимости от площади поперечного сечения провода и его изоляции. Например, для медных проводов с резиновой изоляцией и площадью поперечного сечения 4 мм 2 допускается плотность тока 10,2 А/мм 2 , а 50 мм 2 — только 4,3 А/мм 2 ; для неизолированных проводов тех же площадей сечения — 12,5 и 5,6 А/мм 2 .

Уменьшение допустимой плотности тока при увеличении площади поперечного сечения провода объясняется тем, что в проводах с большей площадью сечения отвод тепла от внутренних слоев затруднен, так как сами они окружены нагретыми слоями. Для неизолированных проводов допускается большая температура нагрева, чем для изолированных.

Превышение допустимого значения силы тока в проводнике может вызвать чрезмерное повышение температуры, в результате этого изоляция проводов электродвигателей, генераторов и электрических сетей обугливается и даже горит, что может привести к короткому замыканию и пожару. Неизолированные же провода могут при высокой температуре расплавиться и оборваться.

Для того чтобы предотвратить недопустимое увеличение силы тока, во всех электрических установках должны приниматься меры для автоматического отключения от источников электрической энергии тех приемников или участков цепи, в которых имеет место перегрузка или короткое замыкание.

Для этой цели в технике широко используют плавкие предохранители, автоматические выключатели и другие устройства.

Нагрев в переходном сопротивлении.

Повышенный нагрев проводника, как следует из закона Ленца — Джоуля, может происходить г не только вследствие прохождения по нему тока большой силы, но и вследствие повышения сопротивления проводника. Поэтому для надежной работы электрических установок большое значение имеет значение сопротивления в месте соединения отдельных проводников.

При неплотном электрическом контакте и плохом соединении проводников (рис. 32) электрическое сопротивление в этих местах (так называемое переходное сопротивление электрического контакта) сильно возрастает, и здесь происходит усиленное выделение тепла.

В результате место неплотного соединения проводников будет представлять собой опасность в пожарном отношении, а значительный нагрев может привести к полному выгоранию плохо соединенных проводников. Во избежание этого при соединении проводов на э. п. с. и тепловозах концы их тщательно зачищают, облуживают и впаивают в кабельные наконечники, ко-

Схема выделения тепла и возникновения искрения при неплотном электрическом контакте
Рис. 32. Схемы выделения тепла и возникновения искрения при неплотном электрическом контактеРис. 32. Схемы выделения тепла и возникновения искрения при неплотном электрическом контакте

торые надежно прикрепляют болтами к зажимам электрических машин и аппаратов. Специальные меры принимают и для уменьшения переходного сопротивления между контактами электрических аппаратов, осуществляющих включение и выключение тока.


Источник