Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
PAGE 95
Росжелдор
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Ростовский государственный университет путей сообщения»
(РГУПС)
Безопасность жизнедеятельности
в условиях производства
Расчеты
Учебное пособие
Ростов-на-Дону
2007
Росжелдор
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Ростовский государственный университет путей сообщения»
(РГУПС)
Безопасность жизнедеятельности
в условиях производства
Расчеты
Учебное пособие
Под общей редакцией доцента Е.Б. Воробьева
Утверждено
методическим советом университета
Ростов-на-Дону
2007
УДК 658.345 (07)+06
Авторы: Т.А. Бойко (гл. 10); Е.Б. Воробьев (предисловие, гл.2, 4, 5, 7); Ж.Б. Ворожбитова (гл. 8); Л.И. Коломойцева (гл. 7); Е.А. Котлярова (гл. 3); М.К. Лобанова (гл. 3); Ю.В. Павленко (гл. 6); И.Г. Переверзев (гл. 7); Т.А. Финоченко (гл. 2); Н.Н. Харченко (гл. 1); А.Г. Хвостиков (гл. 9).
Безопасность жизнедеятельности в условиях производства: Расчеты : учеб. пособие / Т.А. Бойко, Е.Б. Воробьев, Ж.Б. Ворожбитова [и др.]; под общ. ред. Е.Б. Воробьева; Рост. гос. ун-т путей сообщения. − Ростов н/Д, 2007. – с.: ил., табл., прил. – Библиогр. : 23 назв.
Учебное пособие предназначено для студентов транспортных вузов всех специальностей, изучающих дисциплину «Безопасность жизнедеятельности», а также может быть использовано для проведения практических занятий, выполнения расчетно-графических работ, курсового и дипломного проектирования.
В учебном пособии приведены общие сведения о средствах коллективной защиты, принцип их действия, методики и примеры расчетов, а также рекомендации по выбору средств коллективной защиты работников от воздействия опасных и вредных производственных факторов.
Рецензенты: д-р техн. наук, проф. Н.А. Страхова (РГСУ);
д-р техн. наук, доц. А.Д. Петрушин (РГУПС)
Ростовский государственный университет
путей сообщения, 2007
|
ОГЛАВЛЕНИЕ Предисловие …………………………………………………………… |
6 |
|
|
1 |
РАСЧЕТ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЗВУКОПОГЛОЩЕНИЯ ………... |
7 |
|
1.1 |
Назначение, устройство, принцип действия звукопоглощения … |
7 |
|
1.2 |
Исходные данные для расчета эффективности звукопоглощения |
12 |
|
1.3 |
Последовательность расчета эффективности звукопоглощения |
12 |
|
1.4 |
Пример расчета эффективности звукопоглощения ……………… |
13 |
|
2 |
РАСЧЁТ АКТИВНЫХ ГЛУШИТЕЛЕЙ ШУМА ………………… |
8 |
|
2.1 |
Назначение, устройство, принцип действия активных глушителей шума …………………………………………………… |
18 |
|
2.2 |
Исходные данные для расчета активного глушителя шума …… |
21 |
|
2.3 |
Последовательность расчета активного глушителя шума ……… |
21 |
|
2.4 |
Пример расчета активного глушителя шума …………………… |
22 |
|
3 |
РАСЧЕТ ВИБРОИЗОЛЯТОРОВ (АМОРТИЗАТОРОВ) ………… |
26 |
|
3.1 |
Назначение, область применения амортизаторов, расчетные формулы ………………………………………………………… |
26 |
|
3.2 |
Исходные данные для расчета амортизаторов ……………… |
31 |
|
3.3 |
Пример расчета пружинных амортизаторов ……………………… |
32 |
|
3.4 |
Пример расчета амортизаторов с использованием упругих материалов ………………………………………………………… |
33 |
|
4 |
РАСЧЕТ ЗАЩИТНОГО ЗАЗЕМЛЕНИЯ ……………………… |
34 |
|
4.1 |
Назначение, принцип действия, устройство защитного заземления…………………………………………………………. |
34 |
|
4.2 |
Исходные данные для расчета заземляющего устройства ……… |
43 |
|
4.3 |
Последовательность расчета заземляющего устройства ………… |
43 |
|
4.4 |
Пример расчета заземляющего устройства ……………………… |
44 |
|
5 |
РАСЧЕТ ЗАЩИТНОГО ЗАНУЛЕНИЯ НА ОТКЛЮЧАЮЩУЮ СПОСОБНОСТЬ…………………………. |
46 |
|
5.1 |
Назначение, устройство, принцип действия защитного зануления |
46 |
|
5.2 |
Исходные данные для расчета защитного зануления на отключающую способность ……………………………………… |
53 |
|
5.3 |
Последовательность расчета защитного зануления на отключающую способность ……………………………………… |
53 |
|
5.4 |
Пример расчета защитного зануления на отключающую способность ………………………………………………………… |
53 |
|
6 |
ВЫБОР АППАРАТОВ ЗАЩИТЫ В ЭЛЕКТРОУСТАНОВКАХ |
55 |
|
6.1 |
Назначение аппаратов защиты ………………………………… |
55 |
|
6.2 |
Требования к аппаратам защиты ……………………………… |
55 |
|
6.3 |
Аппараты защиты и их характеристики ………………………… |
56 |
|
6.4 |
Расчет требуемых параметров и выбор аппаратов защиты ……… |
61 |
|
6.5 |
Исходные данные для выбора аппаратов защиты электроустановок …………………………………………… |
62 |
|
6.6 |
Последовательность расчета номинальных токов плавких вставок и выбора плавких предохранителей ………………… |
63 |
|
6.7 |
Последовательность расчета и выбора автоматических выключателей ........................................................................... |
66 |
|
6.8 |
Пример расчета номинальных токов плавких вставок и выбора предохранителей ……………………………………………… |
67 |
|
6.9 |
Пример расчета и выбора автоматических выключателей ……… |
69 |
|
7 |
Расчет искусственного освещения ПОМЕЩЕНИЙ |
69 |
|
7.1 |
Требования, предъявляемые к искусственному освещению помещений. …………………………………………………… |
69 |
|
7.2 |
Выбор источника света……………………………………… |
70 |
|
7.3 |
Выбор светового прибора (светильника)…………………… |
72 |
|
7.4 |
Определение количества и размещение светильников………… |
77 |
|
7.5 |
Выбор нормированного значения освещенности…………… |
79 |
|
7.6 |
Выбор мощности лампы…………………………………………… |
82 |
|
7.7 |
Исходные данные для расчета искусственного освещения помещений ………………………………………………………… |
85 |
|
7.8 |
Последовательность расчета искусственного освещения помещений…………………………………………………………… |
86 |
|
7.9 |
Пример расчета искусственного освещения помещений с использованием разрядных ламп высокого давления ……… |
86 |
|
7.10 |
Пример расчета искусственного освещения помещений с использованием люминесцентных ламп…………………… |
88 |
|
8 |
РАСЧЕТ ПРОЖЕКТОРНОГО ОСВЕЩЕНИЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ СТАНЦИЙ ………………………… |
89 |
|
8.1 |
Особенности освещения железнодорожных станций, расчетные формулы …………………………………………… |
89 |
|
8.2 |
Расчет прожекторного освещения …………………………… |
91 |
|
8.3 |
Пример расчета прожекторного освещения путей приемо-отправочного парка ………………………………… |
96 |
|
9 |
Выбор канатов для грузоподъемных кранов и СТРОПОв ……………………………………………… |
97 |
|
9.1 |
Назначение и конструктивное исполнение канатов и стропов … |
97 |
|
9.2 |
Исходные данные для расчета каната для грузоподъемных кранов ... |
105 |
|
9.3 |
Исходные данные для расчета стропов ………………………… |
105 |
|
9.4 |
Последовательность расчета канатов …………………………… |
106 |
|
9.5 |
Пример расчета каната для грузоподъемного крана …………… |
106 |
|
9.6 |
Пример расчета каната для стропа …………………………… |
107 |
|
10 |
Расчет молниезащиты зданий и сооружений … |
109 |
|
10.1 |
Назначение, область применения, категории и типы молниезащиты |
109 |
|
10.2 |
Зоны защиты молниеотводов …………………………… |
114 |
|
10.3 |
Пример расчета молниезащиты здания ……………………… |
120 |
|
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК …………………………………… 126 |
||
|
Приложение 1. Предельно допустимые уровни звукового давления, уровни звука и эквивалентные уровни звука для наиболее типичных видов трудовой деятельности и рабочих мест (извлечение из СН 2.2.4/2.1.8.562-96) …………………… |
122 |
|
|
Приложение 2. Допустимые уровни звукового давления, уровни звука, эквивалентные и максимальные уровни звука проникающего шума в помещениях жилых и общественных зданий и шума на территории жилой застройки (извлечение из СН 2.2.4/2.1.8.562-96) ………………. |
124 |
Предисловие
В учебном пособии представлены общие сведения о средствах коллективной защиты работников, принцип их действия, методики расчетов, а также рекомендации по выбору средств коллективной защиты работников от воздействия опасных и вредных производственных факторов.
В пособии приведены расчеты эффективности звукопоглощения (гл.1), активных глушителей шума (гл.2), виброизоляторов (амортизаторов) (гл.3), защитного заземления (гл.4), защитного зануления на отключающую способность (гл.5), аппаратов защиты в электроустановках (гл.6), искусственного освещения помещений с использованием ламп накаливания, люминесцентных ламп и разрядных ламп высокого давления (гл.7), прожекторного освещения железнодорожных станций (гл.8), канатов для подъема грузов (гл.9), молниезащиты (гл.10).
Авторы учебного пособия имеют многолетний опыт преподавания дисциплин «Безопасность жизнедеятельности», «Охрана труда», «Электробезопасность», а также опыт консультирования студентов всех специальностей Ростовского государственного университета путей сообщения, выполняющих курсовые работы и раздел «Безопасность и экологичность решений проекта» в квалификационных работах.
Ограниченное количество справочной литературы, выход в свет новых нормативных документов явились стимулом для написания данного учебного пособия.
Учебное пособие предназначено для студентов всех специальностей и форм обучения Ростовского государственного университета путей сообщения.
Авторы с благодарностью воспримут критику, пожелания и предложения, направленные на улучшение данного пособия.
Все материалы можно направлять по адресу:
344038, г. Ростов-на-Дону, пл. им. Ростовского Стрелкового Полка Народного Ополчения, 2, Ростовский государственный университет путей сообщения. Кафедра «Безопасность жизнедеятельности».
E-mail: bgd@kaf.rgups.ru
Звуковое поле внутри помещения складывается из прямых волн, создаваемых источниками шума и отраженных от стен и потолка. Задача звукопоглощения – уменьшить долю отраженной волны. С этой целью на ограждающих конструкциях помещений размещаются звукопоглощающие материалы (акустические плиты) или специальные звукопоглощающие конструкции (звукопоглощающие облицовки).
Способность материалов поглощать звуковую энергию характеризуется коэффициентом звукопоглощения α, который представляет собой отношение звуковой энергии, поглощенной материалом, к энергии, на него падающей. Поглощение происходит за счет преобразования звуковой энергии в тепловую при трении воздуха в порах материала. Звукопоглощением обладают любые материалы и строительные конструкции. В справочниках коэффициенты звукопоглощения приводятся для среднегеометрических частот октавных полос. В табл. 1.1 приведены коэффициенты звукопоглощения ограждающих конструкций помещений [1].
Звукопоглощающими называют материалы и конструкции, обладающие выраженной способностью поглощать падающую на них звуковую энергию (α > 0,2). Иногда, особенно на низких частотах, поглощение звука происходит за счет колебания материала, на который падает звуковая волна.
Таблица 1.1
Коэффициенты звукопоглощения ограждающих конструкций помещений
|
Ограждающие конструкции помещений |
Среднегеометрические частоты октавных полос, Гц |
|||||||
|
63 |
125 |
250 |
500 |
1000 |
2000 |
4000 |
8000 |
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
Окна и двери: застекленные оконные переплеты |
0,35 |
0,35 |
0,25 |
0,18 |
0,12 |
0,07 |
0,04 |
0,03 |
|
окна двойные в деревянных переплетах |
0,35 |
0,35 |
0,29 |
0,20 |
0,14 |
0,10 |
0,06 |
0,04 |
|
двери монолитные лакированные |
0,03 |
0,03 |
0,02 |
0,05 |
0,04 |
0,04 |
0,04 |
0,04 |
|
Полы: паркетные по асфальту |
0,04 |
0,04 |
0,04 |
0,07 |
0,06 |
0,06 |
0,07 |
0,07 |
|
паркетные на шпонках |
0,20 |
0,20 |
0,15 |
0,12 |
0,10 |
0,08 |
0,07 |
0,06 |
Окончание табл. 1.1
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
покрытые по твердому основанию метлахской плиткой |
0,01 |
0,01 |
0,01 |
0,02 |
0,02 |
0,02 |
0,03 |
0,03 |
|
бетонные |
0,01 |
0,01 |
0,01 |
0,01 |
0,02 |
0,02 |
0,02 |
0,02 |
|
Стены и потолки: оштукатуренные и окрашенные клеевой краской |
0,01 |
0,02 |
0,02 |
0,02 |
0,03 |
0,04 |
0,04 |
0,04 |
|
оштукатуренные и окрашенные масляной краской |
0,01 |
0,01 |
0,01 |
0,02 |
0,02 |
0,02 |
0,02 |
0,02 |
|
стены, оштукатуренные по металлической сетке |
0,02 |
0,04 |
0,05 |
0,06 |
0,08 |
0,04 |
0,06 |
0,06 |
|
стены и потолки бетонные |
0,01 |
0,01 |
0,01 |
0,01 |
0,02 |
0,02 |
0,02 |
0,02 |
|
стены кирпичные: без расшивки швов |
0,01 |
0,15 |
0,19 |
0,29 |
0,28 |
0,38 |
0,46 |
0,46 |
|
то же, но с расшивкой швов |
0,02 |
0,03 |
0,03 |
0,03 |
0,04 |
0,05 |
0,06 |
0,06 |
Эффективность звукопоглощения зависит от физических свойств материала и способа его размещения на ограждающей конструкции
(рис. 1.1).
Материалы могут быть прикреплены вплотную к ограждению без перфорированного покрытия (рис. 1.1, а) с перфорированным покрытием (рис. 1.1, б), с одним (рис. 1.1, в, г) или двумя (рис. 1.1, д) воздушными промежутками. Крепление материала вплотную к ограждению приводит к уменьшению звукопоглощения на низких частотах.
Воздушный промежуток увеличивает эффект звукопоглощения. Наибольшее звукопоглощение достигается в случае, когда середина пористого слоя располагается на расстоянии ¼ длины звуковой волны от ограждающей конструкции.
Рис. 1.1. Способы размещения звукопоглощающего материала на ограждающей конструкции:
1 – ограждение; 2 – звукопоглощающий материал; 3 – перфорированное покрытие; 4 – воздушный промежуток
Для защиты звукопоглощающего материала от повреждений применяются перфорированные покрытия (экраны). Перфорация выполняется в виде круглых отверстий или щелей. В качестве звукопоглощающих материалов используются акустические плиты (табл. 1.2) или звукопоглощающие облицовки из пористо-волокнистых материалов (табл. 1.3) [2, 3].
Характеристикой звукопоглощения ограждающих конструкций является эквивалентная площадь звукопоглощения, определяемая на среднегеометрических октавных частотах по формуле
, (1.1)
где Aij – эквивалентная площадь звукопоглощения i-й ограждающей конструкции на j-й среднегеометрической октавной частоте, м2;
αij – коэффициент звукопоглощения i-й ограждающей конструкции на j-й среднегеометрической октавной частоте;
Si – площадь i-й ограждающей конструкции, м2.
Таблица 1.2
Характеристика акустических плит
|
Марка и характеристика плиты |
Толщина плиты, h мм |
Воздушный промежуток, мм d, мм |
Коэффициент звукопоглощения в октавной полосе со среднегеометрической частотой, Гц |
|||||||
|
63 |
125 |
250 |
500 |
1000 |
2000 |
4000 |
8000 |
|||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
|
ПА/О минераловатные акустические с несквозной перфорацией по квадрату диаметром 4 мм (коэффициент перфорации 13 %) размерами 500 х 500 мм |
20 |
0 50 |
0,02 0,02 |
0,03 0,05 |
0,17 0,42 |
0,68 0,98 |
0,98 0,90 |
0,86 0,79 |
0,45 0,45 |
0,2 0,19 |
|
ПА/С минераловатные акустические, отделка «набрызгом», размерами 500 х 500 мм |
20 |
0 50 |
0,02 0,02 |
0,05 0,12 |
0,21 0,36 |
0,66 0,88 |
0,91 0,94 |
0,95 0,84 |
0,89 0,80 |
0,70 0,65 |
|
«Акмигран», «Акминит» минераловатные размерами 300 х 300 мм |
20 |
0 50 |
0,02 0,01 |
0,11 0,2 |
0,30 0,71 |
0,85 0,88 |
0,9 0,81 |
0,78 0,71 |
0,72 0,79 |
0,59 0,65 |
Окончание табл. 1.2
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
|
«Силакпор» размерами 450 х 450 мм |
45 |
0 |
0,10 |
0,25 |
0,45 |
0,60 |
0,70 |
0,80 |
0,90 |
0,95 |
|
ПА минераловатные плоские самонесущие офактуренные шириной 500, 900, 1000 мм, длиной 1000, 1500, 1800, 2000 мм |
40 50 |
0 180 |
0,28 0,5 |
0,43 0,7 |
0,83 0,85 |
1,0 0,93 |
1,0 0,98 |
0,85 0,95 |
0,8 0,84 |
0,75 0,8 |
|
«Винипор» полужёсткий |
50 |
0 50 |
0,06 0,12 |
0,23 0,28 |
0,46 0,63 |
0,93 1,0 |
1,0 1,0 |
1,0 1,0 |
1,0 1,0 |
1,0 1,0 |
|
ПП-80, ППМ, ПММ звукопоглощающие полужёсткие (ГОСТ 9573–82) |
50 |
0 50 |
0,14 0,2 |
0,14 0,2 |
0,52 0,61 |
0,9 0,9 |
0,99 0,94 |
0,42 0,92 |
0,82 0,78 |
0,78 0,76 |
При оценке эффективности звукопоглощения определяется суммарная эквивалентная площадь звукопоглощения всех ограждающих конструкций помещения по формуле
. (1.2)
Таблица 1.3
Характеристика звукопоглощающих облицовок
из слоёв пористо-волокнистых материалов
|
Конструкция (ГОСТ или ТУ) |
Толщина слоя звукопоглощающего материала h, мм |
Воздушный промежуток d, мм |
Коэффициент звукопоглощения в октавной полосе со среднегеометрической частотой, Гц |
|||||||
|
63 |
125 |
250 |
500 |
1000 |
2000 |
4000 |
8000 |
|||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
|
Минераловатная плита (звукопоглощающий материал), стеклоткань (защитная оболочка) типа ЭЗ-100 (ГОСТ 19907–83), гипсовая плита (перфорированное покрытие) размерами 550 х 500 мм, толщиной 6 мм, с перфорацией по квадрату 13 %, диаметром 10 мм |
60 |
0 |
(0,1) |
0,31 |
0,70 |
0,95 |
0,69 |
0,59 |
0,50 |
0,30 |
Окончание табл. 1.3
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
|
То же, но звукопоглощающий материал – прошивные минераловатные маты |
100 |
0 |
0,15 |
0,42 |
0,81 |
0,82 |
0,69 |
0,58 |
0,59 |
0,58 |
|
То же, но звукопоглощающий материал – супертонкое стекловолокно |
100 |
0 |
0,3 |
0,66 |
1,0 |
1,0 |
1,0 |
0,96 |
0,7 |
0,55 |
|
Звукопоглощающий материал – прошивные минераловатные маты, защитная оболочка – стеклоткань типа ЭЗ-100, перфорированное покрытие – просечно-вытяжной лист толщиной 2 мм, с перфорацией 74 % |
100 |
0 |
0,11 |
0,35 |
0,75 |
1,0 |
0,95 |
0,90 |
0,92 |
0,95 |
|
То же, но звукопоглощающий материал – минераловатная плита |
50 |
0 |
0,09 |
0,18 |
0,55 |
1,0 |
0,86 |
0,79 |
0,85 |
0,85 |
|
То же, но супертонкое стекловолокно |
50 |
0 250 |
0,07 0,25 |
0,25 0,63 |
0,1 1,0 |
0,95 1,0 |
1,0 1,0 |
1,0 1,0 |
1,0 1,0 |
0,95 0,95 |
|
То же, но маты из супертонкого базальтового волокна |
50 |
0 100 |
0,05 0,2 |
0,25 0,37 |
0,66 0,9 |
0,98 0,99 |
0,99 1,0 |
0,98 1,0 |
0,95 0,98 |
0,95 0,97 |
|
Звукопоглощающий материал – базальтовое волокно, защитная оболочка - стеклоткань типа ЭЗ-100; перфорированное покрытие - металлический перфорированный лист с перфорацией 27 % |
50 100 |
0 50 0 |
0,06 0,12 0,22 |
0,2 0,34 0,51 |
0,5 0,69 0,73 |
0,82 0,81 0,8 |
0,9 0,83 0,88 |
0,92 0,89 0,92 |
0,85 0,85 0,85 |
0,64 0,64 0,84 |
|
То же, но звукопоглощающий материал – супертонкое стекловолокно |
50 100 |
0 50 0 |
0,07 0,09 0,19 |
0,2 0,29 0,49 |
0,47 0,65 0,81 |
0,83 0,94 0,94 |
0,98 0,89 0,94 |
0,91 0,94 0,9 |
0,82 0,81 0,81 |
0,58 0,58 0,58 |
|
Маты из супертонкого стекловолокна, оболочка из стеклоткани типа ЭЗ-100 |
50 |
0 |
0,1 |
0,4 |
0,85 |
0,98 |
1,0 |
0,93 |
0,97 |
1,0 |
|
Маты из супертонкого базальтового волокна, оболочка из декоративной стеклоткани типа ТСД |
50 |
0 50 |
0,1 0,15 |
0,2 0,47 |
0,9 1,0 |
1,0 1,0 |
1,0 1,0 |
0,95 1,0 |
0,90 0,95 |
0,85 0,95 |
Снижение шума в помещении за счет звукопоглощения определяется по формуле
, (1.3)
где ΔLj – снижение шума на j-й среднегеометрической октавной частоте, дБ;
А1 – суммарная эквивалентная площадь звукопоглощения всех ограждающих конструкций помещения до облицовки, определяемая по формуле (1.2), м2;
А2 – то же после облицовки, м2.
Исследования и расчеты показывают, что звукопоглощение, как мера защиты от шума, может быть эффективной, если превышение уровней звукового давления над допустимыми составляет не более 8…10 дБ.
1.2 Исходные данные для расчета эффективности звукопоглощения
1 Спектр шума (уровни звукового давления на среднегеометрических октавных частотах) в помещении.
2 Габаритные размеры ограждающих конструкций помещения.
3 Коэффициенты звукопоглощения ограждающих конструкций помещения и звукопоглощающих облицовок.
1.3 Последовательность расчета эффективности звукопоглощения
1 Определяются превышения уровней звукового давления в помещении над допустимыми значениями по СН 2.2.4/2.1.8.56296 «Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки» [4].
2 Определяются площади ограждающих конструкций помещения: потолка, пола, стен, дверей, окон.
3 Определяются эквивалентные площади звукопоглощения ограждающих конструкций помещения до облицовки.
4 Определяется суммарная эквивалентная площадь звукопоглощения ограждающих конструкций помещения до облицовки.
5 Определяются эквивалентные площади звукопоглощения ограждающих конструкций помещения после облицовки.
6 Определяется суммарная эквивалентная площадь звукопоглощения ограждающих конструкций помещения после облицовки.
7 Определяется снижение шума в помещении за счет звукопоглощения.
8 Определяются ожидаемые уровни звукового давления в помещении после облицовки.
9 По результатам расчета делаются соответствующие выводы.
1.4 Пример расчета эффективности звукопоглощения
Оценить эффективность звукопоглощения в помещении планового отдела предприятия после облицовки стен и потолка звукопоглощающими материалами. Уровни звукового давления в помещении планового отдела в дБ и коэффициенты звукопоглощения ограждающих конструкций представлены в табл. 1.4, габаритные размеры ограждающих конструкций – в табл. 1.5.
Таблица 1.4
Исходные данные для расчета эффективности звукопоглощения
|
Показатель |
Среднегеометрические частоты октавных полос, Гц |
|||||||
|
63 |
125 |
250 |
500 |
1000 |
2000 |
4000 |
8000 |
|
|
Уровни звукового давления в помещении планового отдела L, дБ |
58 |
52 |
65 |
67 |
62 |
60 |
51 |
53 |
|
Коэффициенты звукопоглощения ограждающих конструкций помещения до облицовки αij: стены |
0,01 |
0,02 |
0,02 |
0,02 |
0,03 |
0,04 |
0,04 |
0,04 |
|
потолок |
0,01 |
0,01 |
0,01 |
0,01 |
0,02 |
0,02 |
0,02 |
0,02 |
|
пол |
0,1 |
0,1 |
0,1 |
0,1 |
0,08 |
0,06 |
0,06 |
0,07 |
|
окна |
0,35 |
0,35 |
0,29 |
0,2 |
0,14 |
0,1 |
0,06 |
0,04 |
|
двери |
0,1 |
0,1 |
0,1 |
0,1 |
0,08 |
0,08 |
0,07 |
0,04 |
|
Коэффициенты звукопоглощения облицовки (маты из супертонкого стекловолокна толщиной 50 мм) αij |
0,1 |
0,4 |
0,85 |
0,98 |
1,0 |
0,93 |
0,97 |
1,0 |
Таблица 1.5
Габаритные размеры ограждающих конструкций помещения
|
Размеры помещения, м |
Двери |
Окна |
||
|
Длина А |
Ширина В |
Высота Н |
Количество высота ширина (n hдв bдв) |
Количество высота ширина (m hо bо) |
|
13 |
7 |
3,9 |
1 2,4 1,2 |
4 1,8 2,4 |
Результаты расчетов представлены в табл. 1.6.
Таблица 1.6
Результаты расчета эффективности звукопоглощения
|
№ пози-ции |
Показатель |
Среднегеометрические частоты октавных полос, Гц |
|||||||
|
63 |
125 |
250 |
500 |
1000 |
2000 |
4000 |
8000 |
||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
1 |
Уровни звукового давления в помеще- нии планового отдела L, дБ |
58 |
52 |
65 |
67 |
62 |
60 |
51 |
53 |
|
2 |
Допустимые уровни звукового давления для административно-управленческой деятельности Lдоп дБ |
79 |
70 |
63 |
58 |
55 |
52 |
50 |
49 |
|
3 |
Превышение уровней звукового давления над допустимым Δ дБ |
− |
− |
2 |
9 |
7 |
8 |
1 |
4 |
|
До облицовки __ij___ Aij= αij Si |
|||||||||
|
4 |
Стены Sст = 135,8 м2 |
0,01 1,4 |
0,02 2,7 |
0,02 2,7 |
0,02 2,7 |
0,03 4,1 |
0,04 5,4 |
0,04 5,4 |
0,04 5,4 |
|
5 |
Потолок Sпот = 91 м2 |
0,01 0,9 |
0,01 0,9 |
0,01 0,9 |
0,01 1,8 |
0,02 1,8 |
0,02 1,8 |
0,02 1,8 |
0,02 1,8 |
|
6 |
Пол Sпол = 91 м2 |
0,1 9,1 |
0,1 9,1 |
0,1 9,1 |
0,1 9,1 |
0,08 7,3 |
0,06 5,5 |
0,06 5,5 |
0,07 6,4 |
|
7 |
Окна Sок = 17,3 м2 |
0,35 6,1 |
0,35 6,1 |
0,29 5,0 |
0,2 3,5 |
0,14 2,4 |
0,1 1,7 |
0,06 1,0 |
0,04 0,7 |
|
8 |
Двери Sдв = 2,9 м2 |
0,1 0,3 |
0,1 0,3 |
0,1 0,3 |
0,1 0,3 |
0,08 0,2 |
0,08 0,2 |
0,07 0,2 |
0,04 0,1 |
|
9 |
Суммарные эквива-лентные площади звукопоглощения ограждающих конст-рукций до облицовки Ai = Σ αij Si, м2 |
17,8 |
19,1 |
18,0 |
16,5 |
15,8 |
14,6 |
13,9 |
14,4 |
|
После облицовки __ij___ Aij= αij Si |
|||||||||
|
10 |
Стены Sст = 135,8 м2 |
0,1 13,6 |
0,4 54,3 |
0,85 115,4 |
0,98 133,1 |
1,0 135,8 |
0,93 126,3 |
0,97 131,7 |
1,0 135,8 |
|
11 |
Потолок Sпот = 91 м2 |
0,1 9,1 |
0,4 36,4 |
0,85 77,4 |
0,98 89,2 |
1,0 91 |
0,93 84,6 |
0,97 88,3 |
1,0 91 |
|
12 |
Пол Sпол = 91 м2 |
0,1 9,1 |
0,1 9,1 |
0,1 9,1 |
0,1 9,1 |
0,08 7,3 |
0,06 5,5 |
0,06 5,5 |
1,0 91 |
|
13 |
Окна Sок = 17,3 м2 |
0,35 6,1 |
0,35 6,1 |
0,29 5,0 |
0,2 3,5 |
0,14 2,4 |
0,1 1,7 |
0,06 1,0 |
1,0 17,3 |
|
14 |
Двери Sдв = 2,9 м2 |
0,1 0,3 |
0,1 0,3 |
0,1 0,3 |
0,1 0,3 |
0,08 0,2 |
0,08 0,2 |
0,07 0,2 |
1,0 2,9 |
Окончание табл. 1.6
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
15 |
Суммарные эквива-лентные площади звукопоглощения ограждающих конст-рукций после обли-цовки A2= Σ αij Si, м2 |
38,2 |
106,2 |
207,2 |
235,2 |
236,7 |
218,3 |
226,7 |
338 |
|
16 |
Снижение шума ΔL, дБ |
3 |
7 |
11 |
12 |
12 |
12 |
12 |
12 |
|
17 |
Ожидаемые уровни звукового давления в помещении планового отдела Lожид, дБ |
55 |
45 |
54 |
55 |
50 |
48 |
39 |
41 |
1 В позицию 1 табл. 1.6 из табл. 1.4 выписываем уровни звукового давления L, дБ, в помещении планового отдела.
2 В позицию 2 табл.1.6 из санитарных норм СН 2.2.4/2.1.8.562-96 (прил. 1) выписываем допустимые уровни звукового давления Lдоп для административно-управленческой деятельности.
3 На каждой среднегеометрической октавной частоте определяем ΔL – превышение уровней звукового давления в помещении над допустимыми значениями по формуле
(1.4)
На частоте 63 Гц Δ63 = 58 – 79 – превышения нет.
На частоте 125 Гц Δ125 = 52 – 70 – превышения нет.
На частоте 250 Гц Δ250 = 65 – 63 = 2 дБ.
Результаты расчётов представлены в позиции 3 табл.1.6.
4 Определяем площади ограждающих конструкций помещения:
окна Sок = m ho bo = 4 · 2,4 · 1,8 = 17,3 м2;
двери Sдв = n hдв bдв = 1 · 2,4 · 1,2 = 2,9 м2;
стены Sст = 2 (A + B) H – Sдв – Sок =
= 2 (13 + 7) · 3,9 – 2,9 – 17,3 = 135,8 м2;
потолок Sпот = А · В = 13 · 7 = 91 м2;
пол Sпол = А · В = 13 · 7 = 91 м2.
5 На каждой среднегеометрической октавной частоте определяем эквивалентные площади звукопоглощения ограждающих конструкций до облицовки по формуле (1.1).
На частоте 63 Гц коэффициент звукопоглощения стен αij = 0,01, площадь стены Si = 135,8 м2.
Эквивалентная площадь звукопоглощения стены:
Aij = 0,01 х 135,8 = 1,4 м2.
Запись в табл. 1.6 удобно представить в виде дроби: .
На частоте 63 Гц для стен записываем . Результаты расчетов для стен, потолка, пола, окон и дверей представлены соответственно в позициях 4, 5, 6, 7 и 8 табл. 1.6.
6 На каждой среднегеометрической октавной частоте определяем суммарные эквивалентные площади звукопоглощения ограждающих конструкций до облицовки А1 по формуле (1.2).
На частоте 63 Гц
А1= А1ст+ А1пот+ А1пол+ А1ок+ А1дв= 1,4 + 0,9 + 9,1 + 6,1 + 0,3 = 17,8 м2.
Результаты расчетов представлены в позиции 9 табл. 1.6.
7 На каждой среднегеометрической октавной частоте определяем эквивалентные площади звукопоглощения ограждающих конструкций после облицовки по формуле (1.1).
На частоте 63 Гц коэффициент звукопоглощения облицованных стен αij = 0,1, площадь стены Si = 135,8 м2:
Aij = 0,1 · 135,8 = 13,6 м2.
Так как облицованы только стены и потолок, коэффициенты звукопоглощения окон, дверей и пола после облицовки не изменились, поэтому остались неизменными эквивалентные площади звукопоглощения этих ограждающих конструкций. Результаты расчетов представлены в позициях 10, 11, 12, 13 и 14 табл. 1.6.
8 На каждой среднегеометрической октавной частоте определяем суммарные эквивалентные площади звукопоглощения после облицовки A2 по формуле (1.2).
На частоте 63 Гц
А2= А2ст+ А2пот+ А2пол+ А2ок+ А2дв= 13,6 + 9,1 + 9,1 + 6,1 + 0,3 = 38,2 м2.
Результаты расчетов представлены в позиции 15 табл. 1.6.
9 На каждой среднегеометрической октавной частоте определяем снижение шума в помещении по формуле (1.3).
На частоте 63 Гц
ΔL = 10 lg (38,2/17,8) = 3 дБ.
Результаты расчетов, округленные до целых значений, представлены в позиции 16.
10 На каждой среднегеометрической октавной частоте определяем ожидаемые уровни звукового давления Lожид в помещении после облицовки стен и потолка по формуле
Lожид = L – ΔL. (1.5)
На частоте 63 Гц Lожид = 58 – 3 = 55 дБ.
Результаты расчетов представлены в позиции 17 табл. 1.6.
11 По результатам расчетов представляем спектры шума
(рис. 1.2).
Рис. 1.2. Спектры шума:
1 – в помещении планового отдела; 2 – допустимый по СН 2.2.4/2.1.8.562-96;
3 – ожидаемый после облицовки стен и потолка
Эскиз звукопоглощающей облицовки представлен на рис. 1.3.
Рис. 1.3. Эскиз звукопоглощающей облицовки:
1 – маты из супертонкого стекловолокна; 2 – несущий профиль;
3 – поперечный профиль; 4 – подвеска
2.1 Назначение, устройство, принцип действия
активных глушителей шума
Любые установки, использующие в качестве рабочего тела воздух или газообразные потоки, излучают в атмосферу интенсивный шум через устройства забора и выброса воздуха или отработанных газов.
В технике борьбы с шумом вентиляторов, компрессоров, воздуходувок, пневмоинструмента, пневмопочты, газотурбинных и дизельных установок, других аэродинамических и пневматических агрегатов и устройств используются активные и реактивные глушители шума.
Назначение глушителей – препятствовать распространению шума через трубопроводы, воздухопроводы, технологические и смотровые отверстия.
Активные глушители шума (рис. 2.1) представляют собой перфорированные каналы круглого или прямоугольного поперечного сечения, по форме и размерам соответствующие всасывающим или выхлопным отверстиям, на которые они устанавливаются. Каналы глушителей обворачиваются звукопоглощающими материалами и помещаются в герметичный кожух.
В качестве звукопоглощающих материалов используются минеральная вата, супертонкое стекловолокно, супертонкое базальтовое волокно и другие пористые материалы с высокими коэффициентами звукопоглощения (табл. 2.1) [3].
Таблица 2.1
Характеристика звукопоглощающих материалов
для активных глушителей шума
|
Материал |
Толщина слоя звукопоглощающего материала h, мм |
Воздушный промежуток, мм |
Коэффициент звукопоглощения в октавной полосе со среднегеометрической частотой, Гц |
|||||||
|
63 |
125 |
250 |
500 |
1000 |
2000 |
4000 |
8000 |
|||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
|
Супертонкое базальтовое волокно, стеклоткань типа ЭЗ-100, металлический перфорированный |
50 100 |
0 50 0 |
0,06 0,12 0,22 |
0,2 0,34 0,51 |
0,5 0,69 0,73 |
0,82 0,81 0,8 |
0,9 0,83 0,88 |
0,92 0,89 0,92 |
0,85 0,85 0,85 |
0,64 0,64 0,84 |
Окончание табл.2.1
|
лист с перфорацией 27 % |
||||||||||
|
То же, но супертонкое стекловолокно |
50 100 |
0 50 0 |
0,07 0,09 0,19 |
0,2 0,29 0,49 |
0,47 0,65 0,81 |
0,83 0,94 0,94 |
0,98 0,89 0,94 |
0,91 0,94 0,9 |
0,82 0,81 0,81 |
0,58 0,58 0,58 |
|
Маты из супертонкого стекловолокна, оболочка из стеклоткани типа ЭЗ-100 |
50 |
0 |
0,1 |
0,4 |
0,85 |
0,98 |
1,0 |
0,93 |
0,97 |
1,0 |
|
Маты из супертонкого базальтового волокна, оболочка из декоративной стеклоткани ТСД |
50 200 |
0 50 0 |
0,1 0,15 0,28 |
0,2 0,47 1,0 |
0,9 1,0 1,0 |
1,0 1,0 1,0 |
1,0 1,0 0,9 |
0,95 1,0 0,81 |
0,90 0,95 0,97 |
0,85 0,95 0,96 |
|
Звукопоглощаю-щие маты из штапельного капронового волокна |
50–60 |
0 50 |
0,1 0,12 |
0,12 0,2 |
0,18 0,4 |
0,4 0,72 |
0,77 0,9 |
0,9 0,8 |
0,98 0,98 |
0,9 0,92 |
|
Теплоизоляцион-ный материал АТМ-1 |
50 |
0 50 |
0,05 0,07 |
0,12 0,16 |
0,28 0,66 |
0,76 0,99 |
0,99 0,87 |
0,99 0,97 |
0,94 0,92 |
0,9 0,9 |
|
Теплоизоляцион- ные маты АТИМС |
15 50 |
0 50 0 50 |
– – 0,13 0,15 |
0,03 0,08 0,14 0,3 |
0,12 0,260,38 0,6 |
0,47 0,64 0,67 0,62 |
0,75 0,89 0.73 0,69 |
0,84 0,75 0,83 0,83 |
0,84 0,78 0,89 0,9 |
0,9 0,8 0,91 0,92 |
|
Теплоизоляцион-ный материал ВТ4С |
50 |
0 50 |
0,1 0,11 |
0,12 0,16 |
0,21 0,4 |
0,44 0,83 |
0,77 0,94 |
0,9 0,82 |
0,92 0,92 |
0,9 0,8 |
|
Прошивные минераловатные маты, стеклоткань типа ЭЗ-100, просечно-вытяжной лист толщиной 2 мм с перфорацией 74 % |
100 |
0 |
0,11 |
0,35 |
0,75 |
1,0 |
0,95 |
0,90 |
0,92 |
0,95 |
|
То же, но супертонкое стекловолокно |
50 |
0 |
0,07 |
0,25 |
0,1 |
0,95 |
1,0 |
1,0 |
1,0 |
0,95 |
|
То же, но маты из супертонкого базальтового волокна |
50 |
0 100 |
0,05 0,2 |
0,4 0,37 |
0,66 0,9 |
0,98 0,99 |
0,99 1,0 |
0,98 1,0 |
0,95 0,98 |
0,95 0,97 |
Звуковые волны в активных глушителях шума вследствие дифракции попадают в звукопоглощающий слой пористого материала. Затухание шума происходит за счет преобразования звуковой энергии в тепловую при трении в порах звукопоглощающего материала.
Рис. 2.1. Схема активного глушителя шума:
1 – фланец; 2 – звукопоглощающая облицовка; 3 – перфорированная труба; 4 – герметичный кожух глушителя
Снижение шума с помощью активного глушителя на каждой среднегеометрической октавной частоте с достаточной для практики точностью определяется по формуле
(2.1)
где ΔL – снижение уровней звукового давления с помощью активного глушителя шума, дБ;
1,3 – эмпирический коэффициент;
α – коэффициент звукопоглощения звукопоглощающего материала;
П – периметр глушителя, м;
L – длина глушителя, м;
S – площадь поперечного сечения глушителя, м2.
На стадии проектирования, когда известно превышение уровней звукового давления над нормированными значениями, расчет сводится к определению необходимой длины глушителя шума по формуле
, (2.2)
где ΔL – превышение уровней звукового давления над нормированными значениями, дБ.
При расчетах следует учитывать, что постоянные рабочие места на территории предприятия или жилые дома на селитебной территории находятся на некотором расстоянии r от источника шума.
Уровни звукового давления на расстоянии r от источника шума с учетом затухания [1] определяются по формуле
– 20 lg r – Δ – 8, (2.3)
где Lr – уровень звукового давления на расстоянии r от источника шума, дБ;
L1 – уровень звукового давления на расстоянии 1 м от источника шума, дБ;
r – расстояние от источника шума, м;
Δ – дополнительное затухание шума в воздухе, дБ;
8 – эмпирическая поправка, дБ.
Дополнительное затухание шума в воздухе определяется по формуле
Δ = 6 ·10-6 · f · r, (2.4)
где f – среднегеометрическая октавная частота, Гц.
1 Спектр шума (уровни звукового давления на среднегеометрических октавных частотах) на расстоянии 1 м от источника шума.
2 Расстояния от источника шума до постоянных рабочих мест на территории предприятия и жилого микрорайона (если проектом предусмотрено снижение шума на селитебной территории).
3 Форма и размеры поперечного сечения всасывающего или выхлопного отверстий или патрубков агрегата, на которые устанавливается активный глушитель.
1 Определяются уровни звукового давления на расстоянии r1 от источника шума на территории предприятия.
2 Определяется превышение уровней звукового давления на постоянных рабочих местах на территории предприятия над допустимыми значениями по СН 2.2.4/2.1.8.562-96 «Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки» [4].
Рассчитать активный глушитель шума на всасывающий патрубок компрессора с целью снижения шума на постоянных рабочих местах на территории предприятия и в жилом микрорайоне. Исходные данные:
− расстояние до постоянных рабочих мест на территории предприятия r1 = 7 м;
Таблица 2.2
Уровни звукового давления на расстоянии 1 м
от всасывающего патрубка компрессора
|
Среднегеометрические частоты октавных полос, Гц |
|||||||
|
63 |
125 |
250 |
500 |
1000 |
2000 |
4000 |
8000 |
|
Уровни звукового давления, L1 дБ |
|||||||
|
104 |
111 |
104 |
102 |
110 |
107 |
105 |
105 |
Результаты расчета представлены в табл. 2.3.
Таблица 2.3
|
№ поз. |
Показатель |
Среднегеометрические частоты октавных полос, Гц |
|||||||
|
63 |
125 |
250 |
500 |
1000 |
2000 |
4000 |
8000 |
||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
1 |
Уровни звукового давления на расстоянии 1 м от всасывающего патрубка компрессора L1, дБ |
104 |
111 |
104 |
102 |
110 |
107 |
105 |
105 |
Окончание табл. 2.3
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
2 |
Уровни звукового давления на постоянных рабочих местах на территории предприятия Lr1, дБ |
79 |
86 |
79 |
77 |
85 |
82 |
80 |
80 |
|
3 |
Допустимые уровни звукового давления для постоянных рабочих мест на территории предприятия ,дБ |
95 |
87 |
82 |
78 |
75 |
73 |
71 |
69 |
|
4 |
Превышение уровней звукового давления на постоянных рабочих местах на территории предприятия над допустимыми дБ |
– |
– |
– |
– |
10 |
9 |
9 |
11 |
|
5 |
Уровни звукового давления на территории жилого микрорайона Lr2, дБ |
59 |
66 |
59 |
57 |
65 |
61 |
58 |
57 |
|
6 |
Допустимые уровни звукового давления для территорий, прилегающих к жилым домам , дБ |
67 |
57 |
49 |
44 |
40 |
37 |
35 |
33 |
|
7 |
Превышение уровней звукового давления на территории жилого микрорайона над допустимыми ΔL2, дБ |
− |
9 |
10 |
13 |
25 |
24 |
23 |
24 |
|
8 |
Коэффициенты звукопоглощения прошивных матов из супертонкого базальтового волокна толщиной h = 50 мм, просечно-вытяжной лист с перфорацией 74 % |
0,05 |
0,4 |
0,66 |
0,98 |
0,99 |
0,98 |
0,95 |
0,95 |
|
9 |
Снижение шума активным глушителем ΔL, дБ |
1 |
10 |
17 |
25 |
25 |
25 |
24 |
24 |
|
10 |
Ожидаемые уровни звукового давления на постоянных рабочих местах на территории предприятия , дБ |
78 |
76 |
62 |
52 |
60 |
57 |
56 |
56 |
|
11 |
Ожидаемые уровни звукового давления на территории жилого микрорайона , дБ |
58 |
56 |
42 |
32 |
40 |
36 |
34 |
33 |
На частоте 63 Гц
Lr1 = 104 – 20 lg7 – 6 · 10-6 · 63 · 7 – 8 = 79 дБ.
Результаты расчетов представлены в позиции 2 табл. 2.3.
3 В позицию 3 из санитарных норм СН 2.2.4/2.1.8.562-96 (прил. 1) выписываем допустимые уровни звукового давления для постоянных рабочих мест на территории предприятия , дБ.
4 На каждой среднегеометрической октавной частоте определяем превышение уровней звукового давления на постоянных рабочих местах на территории предприятия над допустимыми ΔL1 по формуле
ΔL1 = Lr1 – Lr1доп. (2.5)
На частоте 63 Гц
ΔL1 = 79 – 95 – превышения нет.
На частоте 1000 Гц
ΔL1 = 85 – 75 = 10 дБ.
Результаты расчетов представлены в позиции 4 табл. 2.3.
На частоте 63 Гц
Lr2 = 104 – 20 lg 70 - 6 · 10-6 · 63 ·70 – 8 = 59 дБ.
Результаты расчетов представлены в позиции 5 табл. 2.3.
ΔL2 = Lr2 – Lr2доп . (2.6)
На частоте 63 Гц
ΔL2 = 59 – 67 – превышения нет.
На частоте 125 Гц
ΔL2 = 66 – 57 = 9 дБ.
Результаты расчетов представлены в позиции 7 табл. 2.3.
В качестве расчетного значения принимаем ΔL = 25 дБ на среднегеометрической октавной частоте f = 1000 Гц. В качестве звукопоглощающего материала (по табл. 2.1) выбираем прошивные маты из супертонкого базальтового волокна толщиной 50 мм без воздушного промежутка, имеющие наибольшее значение коэффициента звукопоглощения (α = 0,99) на частоте f = 1000 Гц.
Коэффициенты звукопоглощения выбранного материала представлены в позиции 8 табл. 2.3.
Принимаем диаметр активного глушителя шума равным диаметру всасывающего патрубка компрессора d = 0,165 м. Площадь сечения глушителя:
S = π d2 /4 = 3,14 · 0,1652 /4 = 0,02 м2.
Периметр глушителя:
П = π d = 3,14 · 0,165 = 0,52 м.
Длина глушителя по формуле (2.2):
l = 25 · 0,02 / 1,3 · 0,99 · 0,52 = 0,747 м.
Принимаем длину глушителя шума l = 0,75 м.
На частоте 63 Гц
ΔL = 1,3 · 0,05 · 0,52 · 0,75 / 0,02 = 1 дБ.
На частоте 125 Гц
ΔL = 1,3 · 0,4 · 0,52 · 0,75 / 0,02 = 10 дБ.
Результаты расчетов представлены в позиции 9 табл. 2.3.
= Lr1 – ΔL. (2.7)
На частоте 63 Гц
= 79 – 1 = 78 дБ.
Результаты расчетов представлены в позиции 10 табл. 2.3.
= Lr2 – ΔL . (2.8)
На частоте 63 Гц
= 59 – 1 = 58 дБ.
Результаты расчетов представлены в позиции 11 табл.2.3.
Рис. 2.2. Спектры шума:
1– на расстоянии 1 м от всасывающего патрубка компрессора;
2 – на постоянных рабочих местах на территории предприятия;
3 – допустимый для постоянных рабочих мест на территории предприятия по СН 2.2.4/2.1.8.562-96; 4 – на территории жилого микрорайона; 5 – ожидаемый на постоянных рабочих местах на территории предприятия; 6 – допустимый для территорий, прилегающих к жилым домам по СН 2.2.4/2.1.8.562-96; 7 – ожидаемый на территории жилого микрорайона
3 РАСЧЕТ ВИБРОИЗОЛЯТОРОВ (АМОРТИЗАТОРОВ)
3.1 Назначение, область применения амортизаторов,
расчетные формулы
Одним из методов борьбы с вибрацией является её уменьшение по пути распространения. Достигается это с помощью виброизоляции. Виброизоляция технологического оборудования, создающего на рабочих местах вибрации, превышающие предельно допустимые значения, или генерирующего шум в производственных помещениях, превышающий допустимые уровни, осуществляется путем установки его на специальные фундаменты или амортизаторы.
В качестве амортизаторов могут быть использованы стальные пружины, листовые рессоры, упругие материалы (резина, пробка и др.). Амортизаторы также могут быть гидравлическими, пневматическими и комбинированными. Пружинные амортизаторы применяют для ослабления вибраций низких частот (до 30 Гц). Амортизаторы из упругих материалов хорошо гасят высокочастотные вибрации. При применении пружинных амортизаторов на высоких частотах вибрации могут передаваться основанию по телу самой пружины, поэтому пружины виброизоляторов рекомендуется устанавливать на прокладки из резины, пробки или войлока, хорошо изолирующие вибрации высоких частот.
Расчет виброизоляторов сводится к определению жесткости пружин и прокладок, обеспечивающих необходимую виброизоляцию агрегата от основания.
Задача состоит в том, чтобы частота собственных колебаний f0 агрегата, установленного на амортизаторах, была ниже частоты возмущающей силы – основной частоты вибрации агрегата f.
Собственная частота колебаний упругой системы на амортизаторах определяется по формуле
, (3.1)
где f0 – собственная частота колебаний упругой системы на амортизаторах, Гц;
xст – статическая осадка амортизаторов под действием веса установки, м.
Основная частота вибрации агрегата определяется по формуле
, (3.2)
где f – основная частота вибрации агрегата, Гц;
n – число оборотов или циклов агрегата в минуту.
При расчете пружинных амортизаторов определяется диаметр прутка пружины d, средний диаметр пружины D, число рабочих витков пружины m, высота пружины в свободном состоянии Н0, отношение высоты пружины к среднему диаметру Н0 /D и жесткость пружины в вертикальном направлении .
Жесткость пружины всех амортизаторов определяется по формуле
, (3.3)
где с – жесткость пружин всех амортизаторов, Н/м;
P – суммарный вес агрегата вместе с основанием крепления, Н;
хст – статическая осадка амортизатора, м.
Суммарный вес агрегата определяется по формуле
P = Pа + Pо, (3.4)
где P – суммарный вес агрегата, Н;
Pа – вес агрегата, Н;
Pо – вес основания, Н.
Статическая осадка определяется по графику (рис. 3.1) [12]. При заданной частоте собственных колебаний системы, не совпадающей с частотой возмущающей силы (во избежание резонансных явлений), определяется соответствующее число оборотов n. На графике (рис. 3.1) при проведении прямой, параллельной оси абсцисс при ординате, соответствующей n до пересечения с пунктирной линией, находится требуемая величина статической осадки амортизаторов . Эта величина и является исходной для расчета пружин амортизатора.
Рис. 3.1. График для расчета виброизоляции агрегатов:
к – коэффициент виброизоляции или передачи колебаний основанию (в скобках указано ослабление в дБ); – статическая осадка упругих амортизаторов под действием веса агрегата
Поскольку монтаж агрегата осуществляется, как правило, на n амортизаторах, жесткость пружины каждого из амортизаторов будет составлять:
, (3.5)
где – жесткость пружины каждого амортизатора, Н/м.
Если учесть возможность использования этих же амортизаторов для больших нагрузок (т. е. вводя запас прочности), можно увеличивать нагрузку на одну пружину Рˊ и соответствующую ей статическую осадку :
(3.6)
при той же жесткости .
Диаметр проволоки d для цилиндрических винтовых пружин определяется по формуле
, (3.7)
где d – диаметр проволоки пружины, м;
r – средний радиус витка пружины (принимается по конструктивным соображениям), м;
– расчетная нагрузка на одну пружину, Н;
Rs – допустимое напряжение на кручение, Па, для пружинной стали Па (Н/м2).
Число рабочих витков пружины определяется по формуле
, (3.8)
где m – число рабочих витков пружины, ед;
d – диаметр проволоки пружины, м;
G – модуль упругости на сдвиг, Па, для пружинной стали
Па (Н / м2);
r – средний радиус витка пружины, м;
– жесткость пружины, Н / м.
Полное число витков пружины с учетом неработающих витков определяется по формуле
, (3.9)
где mп – полное число витков пружины, ед.;
m – число рабочих витков пружины, ед.;
– число нерабочих витков пружины, ед.
Число нерабочих витков пружины принимается равным 1,5 витка на оба торца при m < 7 и 2,5 витка при m > 7.
Высота пружины в свободном состоянии определяется по формуле
, м, (3.10)
где H0 – высота пружины в свободном состоянии, м;
d – диаметр проволоки, м;
m – число рабочих витков пружины, ед.;
– статическая осадка амортизатора, м.
Высота пружины под рабочей нагрузкой Н определяется по формуле
. (3.11)
По условию обеспечения необходимой устойчивости пружины, работающей на сжатие, отношение высоты пружины Н0 к ее среднему диаметру D не должно превышать 2:
, (3.12)
где D = 2r – средний диаметр пружины, м;
r – средний радиус пружины, м.
Длина проволоки для навивки пружины определяется по формуле
, (3.13)
где l – длина проволоки для навивки пружины, м;
r – средний радиус витка пружины, м;
mn – полное число витков пружины, ед.
Схема пружинного виброизолятора представлена на рис. 3.2.
При расчете амортизаторов из упругих материалов, имеющих вид столбиков с квадратным или круглым сечением, определяют высоту h и площадь прокладки Sп.
Высота прокладки h выбирается по формуле
, (3.14)
где h – высота упругой прокладки, м;
xст – статическая осадка амортизатора, м;
ЕД – динамический модуль упругости материала прокладки, Па;
– допустимое напряжение в прокладке, Па.
Рис. 3.2. Пружинный виброизолятор:
1 – упругая прокладка из резины; 2 – втулка из резины; 3 – корпус;
4– контргайка; 5 – гайка для предварительного натяга; 6 – опорный стакан; 7 – металлическая и резиновая шайбы; 8 – крепежный болт;
9– цилиндрическая пружина; 10 – опорный металлический диск;
11 – площадка
При определении статической осадки амортизатора частоту собственных колебаний системы (агрегата на прокладках) выбирают в несколько раз ниже частоты возмущающей силы. Статический прогиб определяется по рис. 3.1 при частоте собственных колебаний системы f0.
Допустимое напряжение и динамический модуль упругости ЕД упругих прокладок представлены в табл. 3.1 [1].
Общая площадь площадок определяется по формуле
, (3.15)
где S – общая площадь площадок, м2;
P – суммарный вес агрегата по формуле (3.4), Н;
– допустимое напряжение в прокладке, Па.
Площадь одной прокладки SП определяется по формуле
, (3.16)
где S – общая площадь прокладок, м2;
k – количество прокладок, соответствующее количеству установочных болтов, ед.
Таблица 3.1
Допустимое напряжение в прокладке и динамический модуль
упругости ЕД материалов прокладок
|
Материал |
Допустимое напряжение , Па (Н/м2) |
Динамический модуль упругости ЕД, Па (Н/м2) |
|
Резина губчатая |
3 · 104 |
3 · 106 |
|
Резина мягкая |
8 · 104 |
5 · 106 |
|
Ребристая резиновая плита |
8 · 104 – 1 · 105 |
(4…5) · 106 |
|
Резина средней жесткости |
(3…4) · 105 |
(2…2,5) · 107 |
|
Пробка натуральная |
(1,5…2) · 105 |
(3…4) · 106 |
|
Плита из пробковой крошки |
6 · 104 – 1 · 105 |
2 · 106 |
|
Войлок мягкий |
(2…3) · 104 |
2 · 106 |
|
Войлок жесткий прессованный |
1,4 · 105 |
9 · 106 |
Установочные болты не должны жестко связывать агрегат с фундаментом, чтобы не являться проводниками вибрации. Поэтому под головки или гайки установочных болтов должны быть подложены снизу резиновые и сверху металлические шайбы, а на сам болт надета резиновая трубка (рис. 3.3).
Рис. 3.3. Резиновый виброизолятор:
1 – фундамент; 2 – резина; 3 – металлическая шайба;
4 – корпус агрегата; 5 – резиновая трубка
3.2 Исходные данные для расчета амортизаторов
1 Вес агрегата Ра , Н.
2 Вес основания крепления агрегата Ро , Н.
3 Число оборотов вала агрегата n, об/мин.
3.3 Пример расчета пружинных амортизаторов
Вентиляционный агрегат с электродвигателем установлен на общей раме. Вентилятор весом Рв = 4600 Н с числом оборотов nв = 520 об/мин. Электродвигатель весом Рэ = 1300 Н с числом оборотов nэ = 970 об/мин. Вес общей рамы Ро = 1000 Н.
Рассчитать пружинные амортизаторы при установке рамы с агрегатами на массивное железобетонное перекрытие.
1 Суммарный вес агрегатов с рамой по формуле (3.4):
Р = Рв + Рэ + Ро = 4600 + 1300 + 1000 = 6900 Н.
2 Основная частота вибрации вентиляционного агрегата по формуле (3.2): .
Колебания инфразвуковые, неслышимые.
3 Частота, определяемая работой электродвигателя, по формуле (3.2):
.
4 Зададим частоту собственных колебаний системы f0 = 5 Гц, что соответствует числу оборотов n = 300 об/мин. По графику (рис. 3.1) определим величину статической осадки:
xст = 0,01 м.
Из графика следует, что амортизаторы с такой осадкой будут ослаблять вибрации:
5 Жесткость пружин амортизаторов по формуле (3.3) составит:
.
6 Принимая, что монтаж агрегатов выполнен на четырех амортизаторах, получаем жесткость каждого амортизатора по формуле (3.5):
7 Вводя запас прочности (принимая расчетную нагрузку Р = 2000 Н), определим статическую осадку пружины по формуле (3.6):
8 Приняв средний радиус витка пружины по конструктивным соображениям r = 0,018 м и допустимое напряжение на кручение для пружиной стали Rs = 4,3 108 Па, по формуле (3.7) определим диаметр проволоки пружины:
9 Число рабочих витков пружины по формуле (3.8):
.
10 Полное число витков пружины по формуле (3.9) составляет:
11 Высота пружины в свободном состоянии по формуле (3.10):
12 Высота пружины под рабочей нагрузкой по формуле (3.11):
13 Проверяем пружину на устойчивость по формуле (3.12):
Условие (3.12) выполняется.
14 Длина проволоки, необходимая для навивки пружины, по формуле (3.13):
3.4 Пример расчета амортизаторов с использованием
упругих материалов
Агрегат весом Ра = 6000 Н имеет рабочее число оборотов n = 3000 об/мин, смонтирован на плите весом Рo = 4000 Н. Агрегат укреплен шестью фундаментными установочными болтами. Рассчитать упругие прокладки под машину.
1 Основная частота возмущающей силы по формуле (3.2):
f = 3000 / 60 = 50 Гц.
2 Выбираем частоту собственных колебаний системы в три раза ниже частоты возмущающей силы:
3 По графику (рис. 3.1) при частоте собственных колебаний
fо = 17 Гц (n = 1000 об/мин) величина статической осадки xст = 0,001 м, при частоте 50 Гц коэффициент виброизоляции составит 10 %, или ослабление в 20 дБ.
4 Выбираем по табл. 3.1 в качестве материала прокладок резиновую ребристую плиту с допустимым напряжением = 1105 Па и динамическим модулем упругости ЕД = 4 106 Па.
5 Высота прокладки по формуле (3.14):
6 Общая площадь прокладок по формуле (3.15):
7 Площадь каждой прокладки для шести установочных болтов по формуле (3.16):
Sп = 0,1 / 6 = 0,0167 м2.
8 Если принять, что прокладки квадратного сечения, длина стороны квадрата составит: L = 0,01671/2 = 0,13 м.
4 РАСЧЕТ ЗАЩИТНОГО ЗАЗЕМЛЕНИЯ
4.1 Назначение, принцип действия, устройство
защитного заземления
Защитное заземление является одной из мер защиты от опасности поражения электрическим током при косвенном прикосновении – электрическом контакте людей или животных с открытыми проводящими частями, оказавшимися под напряжением.
К открытым проводящим частям «Правила устройства электроустановок» (ПУЭ) [7] относят доступные прикосновению части электроустановок, которые могут проводить электрический ток, нормально не находящиеся под напряжением, но которые могут оказаться под напряжением при повреждении основной изоляции (корпуса электрических машин, аппаратов, светильников, каркасы распределительных щитов, трубы электропроводки и т.д.).
В соответствии с ГОСТ 12.1.038-82 (2001) [8] защита от опасности косвенного прикосновения может быть обеспечена либо за счёт снижения напряжения прикосновения (защитное заземление, выравнивание потенциалов), либо за счёт ограничения времени воздействия тока (защитное зануление, защитное автоматическое отключение питания).
Заземление – преднамеренное электрическое соединение какой-либо точки сети, электроустановки или оборудования с заземляющим устройством.
Заземляющее устройство – это совокупность заземлителей и заземляющих проводников (рис. 4.1).
Заземлитель – проводящая часть или совокупность соединённых между собой проводящих частей, находящихся в электрическом контакте с землёй непосредственно или через промежуточную проводящую среду.
Заземляющий проводник – проводник, соединяющий заземляемую часть (точку) с заземлителем.
Рис. 4.1. Заземляющее устройство:1 – заземляемая часть (открытая проводящая часть); 2 – заземляющий проводник; 3 – соединительная полоса; 4 – заземлитель
По назначению различают: рабочее заземление, защитное заземление, повторное заземление нулевого провода, заземление молниезащиты и т.д.
Защитное заземление – заземление, выполняемое в целях электробезопасности.
При напряжении до 1 кВ защитное заземление выполняется в электроустановках системы IT. Первая буква в этих обозначениях показывает состояние нейтрали: I – изолированная нейтраль. Вторая буква – состояние открытых проводящих частей относительно земли: T – открытые проводящие части заземлены.
Система IT – система, в которой нейтраль источника питания изолирована от земли или заземлена через приборы или устройства, имеющие большое сопротивление (например, пробивной предохранитель), а открытые проводящие части электроустановки заземлены. Это трёхфазные трёхпроводные сети с изолированной нейтралью источника питания переменного тока (рис. 4.2).
К системе IT относятся также однофазные двухпроводные изолированные от земли сети переменного тока (рис. 4.3) и двухпроводные с изолированной средней точкой источника постоянного тока.
Рис. 4.2. Защитное заземление и схема замещения в трёхфазной трёхпроводной сети с изолированной нейтралью источника питания переменного тока:
1 – источник питания; 2 – открытая проводящая часть; 3 – защитное заземление; 4 – рабочее заземление; 5 – пробивной предохранитель
Рис. 4.3. Защитное заземление и схема замещения в однофазной двухпроводной изолированной от земли сети переменного тока:
1 – источник питания; 2 – открытая проводящая часть; 3 – защитное заземление; 4 – рабочее заземление; 5 – пробивной предохранитель
При защитном заземлении переход напряжения на открытые проводящие части сопровождается протеканием тока через заземляющее устройство и последовательно включённые сопротивления изоляции неповреждённых фазных проводов относительно земли (на рис. 4.2 и 4.3 участки, выделенные жирной линией).
В результате протекания тока напряжение сети перераспределяется между сопротивлениями защитного заземления и сопротивлениями изоляции неповреждённых фаз. Сопротивление защитного заземления выполняется достаточно малым по сравнению с сопротивлениями изоляции фазных проводов относительно земли. Величина сопротивления защитного заземления выбирается такой, чтобы падение напряжения на заземляющем устройстве не превышало допустимых значений. Таким образом, защитное заземление снижает напряжение открытых проводящих частей относительно земли, напряжение, приложенное к телу человека (напряжение прикосновения), следовательно, и ток через него до допустимых значений. Снижение напряжения достигается за счёт последовательного включения малого по величине сопротивления заземляющего устройства с высокими сопротивлениями изоляции фазных проводов относительно земли (рис. 4.2 и 4.3).
В электроустановках напряжением выше 1 кВ переменного и постоянного токов защитное заземление выполняется при любом режиме нейтрали или средней точки источника тока. В таких сетях для снижения напряжения шага и прикосновения предусматривается дополнительная мера защиты – выравнивание потенциалов при помощи защитных проводников, проложенных в земле, в полу или на их поверхности и присоединённых к заземляющему устройству.
Сопротивления заземляющих устройств нормируются «Правилами устройства электроустановок» [7]. Нормированные значения сопротивлений заземляющих устройств представлены в табл. 4.1.
При устройстве защитного заземления с целью экономии средств ПУЭ рекомендуют в первую очередь использовать естественный заземлитель – стороннюю проводящую часть, находящуюся в электрическом контакте с землёй непосредственно или через промежуточную проводящую среду, используемую для целей заземления (металлические и железобетонные конструкции зданий и сооружений, находящиеся в земле металлические трубы водопроводов, другие находящиеся в земле металлические конструкции, кроме трубопроводов горючих жидкостей, горючих или взрывоопасных газов и смесей, трубопроводов канализации и центрального отопления). При отсутствии естественных заземлителей используют искусственные заземлители.
Таблица 4.1
Нормированные значения сопротивлений заземляющих устройств в электроустановках напряжением до 1 кВ и выше
(извлечение из ПУЭ, 7-е издание)
|
Нормированное значение заземляющего устройства, Ом |
Характеристика электроустановок |
|
, не требуется принимать менее 4 Ом |
Для всех электроустановок напряжением до 1 кВ и мощностью источника более 100 кВА |
|
, не требуется принимать менее 10 Ом |
Только для электроустановок напряжением до 1 кВ и мощностью источника до 100 кВА. При параллельной работе трансформаторов и генераторов – при суммарной их мощности не более 100 кВА |
|
Если заземляющее устройство является общим для электроустановок напряжением до 1 кВ и выше, при расчётном токе замыкания на землю А |
|
|
Если заземляющее устройство используется только для электроустановок напряжением свыше 1 кВ, при расчётном токе замыкания на землю А |
|
|
Для электроустановок напряжением выше 1 кВ и расчётном токе замыкания на землю А |
Примечание.При удельном сопротивлении грунта Ом∙м указанные значения сопротивлений заземляющих устройств могут быть увеличены в 0,002 раз, но не более 10 раз.
Основным параметром, характеризующим заземляющее устройство, является сопротивление растеканию тока. Сопротивление растеканию тока складывается из сопротивления заземляющих проводников, заземлителей и земли. Сопротивление металлических проводников очень мало, поэтому основное сопротивление растеканию оказывает земля. При расчётах сопротивление земли условно относят к заземлителю.
Сопротивление растеканию искусственных заземлителей зависит от формы и геометрических размеров заземлителей, удельного сопротивления грунта и его состояния, глубины заложения и способа размещения заземлителей (в ряд или по контуру).
В качестве вертикальных заземлителей используются уголковая сталь или стальные трубы длиной 2,5…3 м. Расчёты показывают, что увеличение длины электродов сверх 3 м не даёт заметного уменьшения сопротивления растеканию. Заземлители длиной более 3 м выполняют из стальных стержней.
Сечение заземлителей выбирается с учетом механической прочности, термической устойчивости и условий работы в коррозийной среде.
Наименьшие размеры заземлителей и заземляющих проводников, проложенных в земле, представлены в табл. 4.2 [7].
Таблица 4.2
Наименьшие размеры заземлителей и заземляющих проводников, проложенных в земле (извлечение из ПУЭ, 7-е издание)
|
Материал |
Профиль сечения |
Диаметр, мм |
Площадь поперечного сечения, мм2 |
Толщина стенки, мм |
|
Сталь чёрная |
Круглый: для вертикальных заземлителей для горизонтальных заземлителей прямоугольный угловой трубный |
16 10 – – 32 |
– – 100 100 – |
– – 4 4 3,5 |
|
Сталь оцинко–ванная |
Круглый: для вертикальных заземлителей для горизонтальных заземлителей прямоугольный трубный |
12 10 – 25 |
– – 75 – |
– – 3 2 |
Заземлители могут располагаться в ряд и по контуру. При размещении заземлителей по контуру обеспечивается лучшее выравнивание потенциалов, но в этом случае будет иметь место большее взаимное экранирование заземлителей.
Заземлители могут располагаться у поверхности земли или на некоторой глубине. Обычно это глубина промерзания грунта. Для стационарных заземляющих устройств предпочтительнее закладывать заземлители на глубине 0,5…0,8 м (рис. 4.4), что исключает резкие колебания удельного сопротивления грунта в месте расположения заземлителей при его промерзании или высыхании.
Рис. 4.4. Расчетная схема заземляющего устройства:
d – диаметр заземлителя (эквивалентный диаметр при уголковой стали);
l – длина заземлителя; a – расстояние между заземлителями; h – глубина заложения заземлителя; t – расстояние от поверхности земли до середины заземлителя
Сопротивление растеканию одиночного вертикального заземлителя, расположенного на некоторой глубине в однородном грунте, определяется по формуле
, (4.1)
где – сопротивление растеканию тока вертикального заземлителя, Ом;
l – длина заземлителя, м;
d – диаметр заземлителя, м;
t – расстояние от поверхности земли до середины заземлителя, м;
– расчётное удельное сопротивление грунта, Ом·м;
, (4.2)
где – измеренное удельное сопротивление грунта, Ом·м (табл. 4.3) [5];
– коэффициент сезонности для вертикальных заземлителей, учитывающий увеличение удельного сопротивления грунта при его промерзании или высыхании (табл. 4.4) [5].
Таблица 4.3
Приближённые значения удельных сопротивлений
грунтов и воды , Ом·м
|
Наименование грунтов |
Пределы колебаний изм,, Ом·м |
изм,,Ом·м, рекомендуемые для предварительных расчётов |
|
Глина Суглинок Торф Чернозём Садовая земля Песок Супесок Речная вода Морская вода Известняк пористый Гравий, щебень |
8–70 40–150 10–30 10–50 30–60 400–700 150–400 10–80 0,2–1 150–200 4000–7000 |
40 100 20 20 40 700 300 50 1 200 5000 |
Для заземлителей из уголковой стали в формулу (4.1) подставляют эквивалентный диаметр уголка:
, (4.3)
где с – ширина полки уголка, м;
dэкв – эквивалентный диаметр уголка, м.
Таблица 4.4
Признаки климатических зон и приближённые значения коэффициента
|
Данные, характеризующие климатические зоны и тип применяемых контрольных электродов |
Климатические зоны |
|||
|
1-я |
2-я |
3-я |
4-я |
|
|
1 Климатические признаки зон: – средняя многолетняя низшая температура (январь), : – средняя многолетняя высшая температура (июль), : – среднегодовое количество осадков, см: – продолжительность замерзания вод, дней 2 Значения коэффициентов, : – – при применении стержневых электродов длиной 2…3 м и глубине заложения их вершины 0,5…0,8 м – - при применении протяжных электродов и глубине заложения 0,8 м |
От – 20 до – 15 От + 16 до + 18 ~ 40 190–170 1,8–2 4,5–7,0 |
От – 14 до – 10 От + 18 до + 22 ~ 50 ~ 150 1,5–1,8 3,5–4,5 |
От – 10 до 0 От + 22 до + 24 ~ 50 ~ 100 1,4–1,6 2,0–2,5 |
От 0 до + 5 От + 24 до + 26 30-50 0 1,2–1,4 1,5–2,0 |
Примечание. Примерное распределение регионов по климатическим зонам:
1–я зона – Архангельская, Кировская, Омская, Новосибирская области, Урал;
2–я зона – Ленинградская, Вологодская области, центральные районы России;
3–я зона – Новгородская, Смоленская, Брянская, Курская, Ростовская области;
4–я зона – Краснодарский и Ставропольские края, Астраханская область [5].
Расчёты показывают, что сопротивление растеканию одного вертикального заземлителя значительно превышает допустимое значение.
Необходимое число заземлителей определяется по формуле
, (4.4)
где n – необходимое число вертикальных заземлителей, ед.;
– допустимое сопротивление заземляющего устройства, Ом
(см. табл 4.1);
– коэффициент использования вертикальных заземлителей, учитывающий взаимное экранирование (табл. 4.5 и 4.6) [5].
Таблица 4.5
Коэффициенты использования заземлителей из труб
или уголков, размещённых в ряд без учёта влияния полосы связи
|
Отношение расстояния между трубами (уголками) к их длине |
Число труб (уголков) |
Значение |
|
1 |
2 |
3 |
Окончание табл. 4.5
|
1 |
2 |
3 |
|
1 |
2 3 5 10 15 20 |
0,84–0,87 0,76–0,80 0,67–0,72 0,56–0,62 0,51–0,56 0,47–0,50 |
|
2 |
2 3 5 10 15 20 |
0,90–0,92 0,85–0,88 0,79–0,83 0,72–0,77 0,66–0,73 0,65–0,70 |
|
3 |
2 3 5 10 15 20 |
0,93–0,95 0,90–0,92 0,85–0,88 0,79–0,83 0,76–0,80 0,74–0,79 |
Таблица 4.6
Коэффициенты использования заземлителей из труб
или уголков, размещённых по контуру без учёта влияния полосы связи
|
Отношение расстояния между трубами (уголками) к их длине |
Число труб (уголков) n |
Значение |
|
1 |
2 |
3 |
|
1 |
4 6 10 20 40 60 100 |
0,66–0,72 0,58–0,65 0,52–0,58 0,44–0,50 0,38–0,44 0,36–0,42 0,33–0,39 |
|
2 |
4 6 10 20 40 60 100 |
0,75–0,80 0,71–0,75 0,66–0,71 0,61–0,66 0,55–0,61 0,52–0,58 0,49–0,55 |
|
3 |
4 6 10 20 40 60 100 |
0,84–0,80 0,78–0,82 0,74–0,78 0,68–0,73 0,64–0,69 0,62–0,67 0,59–0,65 |
Сопротивление растеканию горизонтального полосового заземлителя Rn определяется по формуле
, (4.5)
где L – длина полосы, м;
– ширина полосы (если заземлитель круглый, то , где d – диаметр прутка), м;
h – глубина заложения заземлителя, м;
– расчётное удельное сопротивление грунта, Ом·м.
, (4.6)
где – коэффициент сезонности для горизонтальных заземлителей (см. табл. 4.4).
Длина полосы определяется в зависимости от способа размещения заземлителей:
при размещении заземлителей в ряд по формуле
, (4.7)
при размещении заземлителей по контуру по формуле
, (4.8)
где − расстояние между заземлителями, м.
Сопротивление заземляющего устройства Rcл с учётом сопротивлений растеканию вертикальных заземлителей и соединительных полос определяется по формуле
, (4.9)
где − коэффициент использования соединительной горизонтальной полосы (табл. 4.7 и 4.8) [5].
Таблица 4.7
Коэффициенты использования соединительной полосы
в ряду из труб или уголков
|
Отношение расстояния между трубами (уголками) к их длине, |
Число труб (уголков) в ряду, n |
|||||||
|
4 |
5 |
8 |
10 |
20 |
30 |
50 |
65 |
|
|
1 2 3 |
0,77 0,89 0,92 |
0,74 0,86 0,90 |
0,67 0,79 0,85 |
0,62 0,75 0,82 |
0,42 0,56 0,68 |
0,31 0,46 0,58 |
0,21 0,36 0,49 |
0,20 0,34 0,47 |
Таблица 4.8
Коэффициенты использования соединительной полосы
в контуре из труб или уголков
|
Отношение расстояния между заземлителями к длине трубы |
Число труб (уголков) в контуре заземления, n |
||||||||
|
4 |
6 |
8 |
10 |
20 |
30 |
50 |
70 |
100 |
|
|
1 2 3 |
0,45 0,55 0,70 |
0,40 0,48 0,64 |
0,36 0,43 0,60 |
0,34 0,40 0,60 |
0,27 0,32 0,45 |
0,24 0,30 0,41 |
0,21 0,28 0,37 |
0,20 0,26 0,35 |
0,19 0,24 0,33 |
Выше приведённая методика расчёта приемлема для расчёта заземляющих устройств любого назначения.
4.2 Исходные данные для расчёта заземляющего устройства
1 Характеристика электроустановки для определения допустимого значения заземляющего устройства.
2 Размеры вертикальных и горизонтальных заземлителей.
3 Наименование грунта и климатическая зона.
4 Способ размещения заземлителей (в ряд или по контуру).
4.3 Последовательность расчёта заземляющего устройства
1 Определяется допустимое сопротивление заземляющего устройства.
2 Определяется сопротивление растеканию вертикального заземлителя.
3 Определяется число вертикальных заземлителей.
4 Определяется длина соединительной полосы.
5 Определяется сопротивление растеканию горизонтальной соединительной полосы.
6 Определяется сопротивление сложного заземляющего устройства.
7 По результатам расчёта даётся заключение о соответствии сопротивления заземляющего устройства требованиям ПУЭ.
4.4 Пример расчёта заземляющего устройства
Рассчитать защитное заземление потребителей электрической энергии, питающихся от сети трёхфазного переменного тока с изолированной нейтралью (система IT).
Исходные данные:
1 Определяем нормированное значение сопротивления заземляющего устройства.
В соответствии с требованиями ПУЭ (табл. 4.1) при напряжении до 1 кВ и мощности источника питания не более 100 кВА сопротивление защитного заземления принимаем Ом.
2 Определяем сопротивление растеканию вертикального заземлителя по формуле (4.1):
.
Расчётное удельное сопротивление грунта по формуле (4.2):
.
Для суглинка по табл. 4.3 принимаем:
Ом·м.
Коэффициент сезонности для вертикальных заземлителей, расположенных в 3-й климатической зоне, по табл. 4.4 принимаем:
;
Ом·м.
Расстояние от поверхности земли до середины заземлителя (рис. 4.4):
;
м;
Ом.
3 Определяем число заземлителей по формуле (4.4), принимаем :
шт.
Принимая для заземлителей, расположенных по контуру, при n = 4 по табл. 4.6 принимаем:
.
Уточняем расчётное значение числа заземлителей
шт.,
принимаем n = 6 при .
4 Определяем сопротивление растеканию соединительной горизонтальной полосы по формуле (4.5):
.
Длина соединительной полосы при расположении заземлителей по контуру определяются по формуле (4.8):
Расстояние между заземлителями при , , м.
м.
Расчётное удельное сопротивление грунта определяется по формуле (4.6):
.
Коэффициент сезонности для горизонтальных протяжных заземлителей, расположенных в 3-й климатической зоне, по табл. (4.4) принимаем:
;
Ом·м;
Ом.
5 Определяем сопротивление растеканию сложного заземляющего устройства по формуле (4.9):
.
Коэффициент использования соединительной полосы, расположенной в контуре при n = 6, по табл. (4.8):
;
Ом.
6 Сопротивление растеканию сложного заземляющего устройства не превышает нормированного значения:
Ом< Ом.
5 РАСЧЕТ ЗАЩИТНОГО ЗАНУЛЕНИЯ
НА ОТКЛЮЧАЮЩУЮ СПОСОБНОСТЬ
5.1 Назначение, устройство, принцип действия защитного зануления
Защитное зануление, также как и защитное заземление, является одной из мер защиты от опасности косвенного прикосновения и обеспечивает безопасность за счет ограничения времени воздействия тока.
Выполняется защитное зануление в электроустановках напряжением до 1 кВ систем TN-C,TN-S и TN-C-S и представляет собой преднамеренное соединение открытых проводящих частей с глухозаземленной нейтралью источника питания посредством нулевых защитных проводников.
Первая буква в обозначении системы определяет состояние нейтрали источника питания относительно земли: Т – заземленная нейтраль; вторая буква – состояние открытых проводящих частей относительно земли: N – открытые проводящие части присоединены к глухозаземленной нейтрали источника питания; третья буква – функции нулевого проводника: С – функции нулевого защитного (РЕ) и нулевого рабочего (N) проводников совмещены в одном проводнике (PEN-проводник); S – нулевой рабочий (N) и нулевой защитный (РЕ) проводники разделены; C-S – функции нулевого защитного и рабочего проводников совмещены, начиная от источника питания, с последующим разделением функций.
Система TN-C является четырехпроводной системой трехфазного переменного тока с глухозаземленной нейтралью источника питания (рис. 5.1)
Рис. 5.1. Схема защитного зануления в системе TN-C:
1 – трехфазный потребитель; 2 – однофазный потребитель; L1, L2, L3 – линейные проводники; РЕ – защитный нулевой проводник; N – рабочий нулевой проводник; PEN – совмещенный защитный и рабочий нулевой проводник; rф – сопротивление фазного провода; rн – сопротивление нулевого проводника;
ro – сопротивление рабочего заземления; rп – сопротивление повторного заземления нулевого проводника; R1 и R2 – сопротивления человека; Iкз – ток короткого замыкания; Iз – ток, протекающий через заземляющие устройства; Iпл – номинальный ток плавкой вставки предохранителя; U – фазное напряжение сети
Цель защитного зануления – нарушение изоляции на открытые проводящие части электроустановок превратить в однофазное короткое замыкание, создать в петле «фаза − нуль» (цепь, выделенная жирной линией) ток короткого замыкания, достаточный для срабатывания защиты и отключения поврежденного участка в минимально необходимое время (согласно ПУЭ [7] при фазном напряжении 220 В – 0,4 с).
При несрабатывании защиты в указанное время человек будет длительно находиться под напряжением прикосновения Uпр (если пренебречь малым сопротивлением ro), равны падению напряжения в нулевом проводнике Uн, и это напряжение будет вынесено на все зануленное оборудование (рис. 5.2).
Рис. 5.2. Схема замещения петли «фаза − нуль»:
rф – сопротивление фазного проводника; rн – сопротивление нулевого проводника; ro – сопротивление рабочего заземления; R1 и R2 – сопротивления человека; Uпр – напряжение прикосновения; Uн – падение напряжения в нулевом проводнике; U – фазное напряжение сети; Iкз – ток короткого замыкания
Как правило, сопротивление нулевого проводника rн выше сопротивления фазного rф, поэтому падение напряжения в нулевом проводнике Uн и соответственно напряжение прикосновения Uпр составляет больше половины фазного напряжения.
Снижение напряжения прикосновения при защитном занулении обеспечивается дополнительной мерой защиты – повторным заземлением нулевого проводника rп (рис. 5.3).
Рис. 5.3. Схема замещения при наличии повторного заземления
нулевого проводника:
rф – сопротивление фазного проводника; rн – сопротивление нулевого проводника; ro – сопротивление рабочего заземления; rп – сопротивление повторного заземления нулевого проводника; R1 и R2 – сопротивления человека; Uпр – напряжение прикосновения; Uн – падение напряжения в нулевом проводнике; U – фазное напряжение сети; Iкз – ток короткого замыкания; Iз – ток, протекающий через заземляющие устройства;
Uо − падение напряжения на рабочем заземлении
Если принять ro = rп, то падение напряжения на сопротивлении повторного заземления Uп составит половину падения напряжения в нулевом проводнике и может быть выше допустимых значений.
Поэтому повторное заземление нулевого проводника должно рассматриваться как вспомогательная мера защиты, смягчающая аварийный режим при длительном срабатывании защиты или обрыве нулевого проводника.
Безопасность при защитном занулении может быть обеспечена только за счет ограничения времени воздействия тока. С целью обеспечения срабатывания защиты в минимально необходимое время Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей (ПТЭЭП) [9] регламентируют ток короткого замыкания.
При защите предохранителями:
(5.1)
при защите автоматическими выключателями с электромагнитным расцепителем:
(5.2)
при защите автоматическими выключателями, имеющими обратнозависимую от тока характеристику:
(5.3)
где Iкз – необходимый для срабатывания защиты ток короткого замыкания, А;
− номинальный ток плавкой вставки предохранителя, А;
Iу – ток уставки (отсечки) автоматического выключателя, имеющего только электромагнитный расцепитель, А;
Iр – номинальный ток нерегулируемого расцепителя или уставка тока регулируемого расцепителя, А.
Расчет защитного зануления на отключающую способность проводится с целью определения соответствия фактического значения тока короткого замыкания в петле «фаза − нуль» требованиям ПТЭЭП.
Фактическое значение тока короткого замыкания в петле «фаза − нуль» с достаточной для практики точностью определяется по формуле
(5.4)
где − ток короткого замыкания в петле «фаза − нуль», А;
U – фазное напряжение сети, В;
ZT – полное сопротивление обмоток источника питания, Ом;
ZП – полное сопротивление фазного и защитного нулевого проводников, Ом;
, (5.5)
где Rф и Rн – активные сопротивления соответственно фазного и защитного нулевого проводников, Ом;
XФ и XН – внутренние индуктивные сопротивления соответственно фазного и защитного нулевого проводников, Ом;
XП – внешнее индуктивное сопротивление фазного и защитного нулевого проводников, Ом.
Учитывая равенства (5.4) и (5.5), величина тока короткого замыкания в петле «фаза − нуль» определяется по формуле
. (5.6)
Полные сопротивления обмоток масляных и сухих трансформаторов ZT приведены соответственно в табл. 5.1 и 5.2 [3].
Таблица 5.1
|
Мощ-ность транс фор-матора, кВА |
Номиналь- ное напряже ние обмоток высшего напряжения, кВ |
, Ом, при схеме соединения обмоток |
Мощ- ность транс-форма-тора, кВА |
Номиналь- ное напряже- ние обмоток высшего напряжения, кВ |
, Ом, при схеме соединения обмоток |
||
|
25 |
6−10 |
3,110 |
0,906 |
250 |
20−35 |
0,305 |
0,130 |
|
40 |
6−10 |
1,949 |
0,562 |
400 |
6−10 |
0,195 |
0,056 |
|
63 |
6−10 |
1,237 |
0,360 |
400 |
20−35 |
0,191 |
− |
|
63 |
20−35 |
1,136 |
0,407 |
630 |
6−10 |
0,129 |
0,042 |
|
100 |
6−10 |
0,799 |
0,226 |
630 |
20−35 |
0,121 |
− |
|
100 |
20−35 |
0,764 |
0,327 |
1000 |
6−10 |
0,081 |
0,027 |
|
160 |
6−10 |
0,487 |
0,141 |
1000 |
20−35 |
0,077 |
0,032 |
|
160 |
20−35 |
0,478 |
0,203 |
1600 |
6−10 |
0,054 |
0,017 |
|
250 |
6−10 |
0,312 |
0,090 |
1600 |
20−35 |
0,051 |
0,020 |
Таблица 5.2
|
Мощность трансформатора, кВА |
Схема соединения обмоток |
, Ом |
Мощность трансформатора, кВА |
Схема соединения обмоток |
, Ом, |
|
160 |
0,165 |
560 |
0,13 |
||
|
180 |
0,453 |
630 |
0,042 |
||
|
250 |
0,106 |
750 |
0,109 |
||
|
320 |
0,254 |
1000 |
0,027 |
||
|
400 |
0,066 |
− |
− |
− |
Активные сопротивления фазных и защитных нулевых проводников определяются по формуле
, (5.7)
где R – активное сопротивление проводника, Ом;
− удельное сопротивление материала проводника, Ом · мм2/м;
l – длина проводника, м;
S – площадь сечения проводника, мм2.
Активные сопротивления можно определить посредством погонного сопротивления по формуле
, (5.8)
где – активное погонное сопротивление проводника, Ом/км;
– длина проводника, км.
Внешнее индуктивное сопротивление фазного и защитного нулевого проводников определяется по формуле
(5.9)
где – внешнее индуктивное сопротивление фазного и защитного нулевого проводников, Ом;
– частота переменного тока, Гц;
– длина линии, м;
D – расстояние между проводами, мм;
d – диаметр провода, мм;
– абсолютная магнитная проницаемость среды, Гн/м;
(5.10)
где – относительная магнитная проницаемость среды;
Гн/м – магнитная постоянная.
Внешнее индуктивное сопротивление фазного и защитного нулевого проводников можно определить посредством погонного внешнего индуктивного сопротивления по формуле
, (5.11)
где X’п – внешнее индуктивное погонное сопротивление, Ом/км;
– длина линии, км.
Внутреннее индуктивное сопротивление фазных Xф и нулевых защитных Xн проводников можно определить посредством внутреннего индуктивного погонного сопротивления по формуле
, (5.12)
где – внутреннее индуктивное погонное сопротивление проводника, Ом/км;
– длина проводника, км.
Внутреннее индуктивное погонное сопротивление медных и алюминиевых проводников сравнительно мало − = 0,00156 Ом/км, поэтому значениями Xф и Xн в формуле (5.6) иногда пренебрегают.
Погонные активные и внешние индуктивные сопротивления фазных и нулевых защитных проводников из цветных металлов приведены в табл. 5.3, погонные активные и внутренние индуктивные сопротивления стальных проводников – в табл. 5.4 [3].
Таблица 5.3
Погонное активное и внешнее индуктивное сопротивления, Ом/км, фазных и нулевых защитных проводников при частоте тока 50 Гц
|
Площадь сечения, мм2 |
проводов или жил кабеля при 20° С |
алюминиевых и сталеалюминиевых проводов ВЛ при среднем расстоянии между проводами, мм |
проводов и кабелей |
||||||
|
мед- ных |
алюминие-вых или сталеалю-миниевых |
800 |
1000 |
1500 |
2000 |
2500 |
провод проло- жен открыто |
провод в трубах или кабель |
|
|
10 |
1,64 |
3,14 |
− |
− |
− |
− |
− |
0,31 |
0,07 |
|
16 |
1,2 |
1,96 |
0,374 |
0,389 |
0,411 |
0,48 |
0,442 |
0,29 |
0,07 |
|
25 |
0,74 |
1,27 |
0,362 |
0,376 |
0,398 |
0,407 |
0,417 |
0,27 |
0,07 |
|
35 |
0,54 |
0,91 |
0,349 |
0,364 |
0,388 |
0,404 |
0,412 |
0,26 |
0,06 |
|
50 |
0,39 |
0,63 |
0,339 |
0,354 |
0,377 |
0,395 |
0,409 |
0,25 |
0,06 |
|
70 |
0,28 |
0,45 |
0,329 |
0,343 |
0,367 |
0,385 |
0,399 |
0,24 |
0,06 |
|
95 |
0,2 |
0,33 |
0,318 |
0,332 |
0,355 |
0,374 |
0,389 |
0,23 |
0,06 |
|
120 |
0,158 |
0,27 |
0,315 |
0,325 |
0,349 |
0,368 |
0,382 |
0,22 |
0,06 |
|
150 |
0,123 |
0,21 |
0,311 |
0,315 |
0,344 |
0,36 |
0,374 |
0,21 |
0,06 |
|
185 |
0,103 |
0,17 |
0,289 |
0,311 |
0,339 |
0,355 |
0,37 |
0,21 |
0,06 |
|
240 |
0,078 |
0,131 |
− |
0,304 |
0,329 |
0,347 |
0,361 |
0,2 |
0,06 |
|
300 |
0,063 |
0,105 |
− |
0,297 |
0,322 |
0,34 |
0,354 |
0,19 |
0,06 |
Таблица 5.4
Погонное активное и внутреннее индуктивное сопротивления, Ом/км, стальных проводников при частоте тока 50 Гц
|
Размеры (или диаметр) сечения, мм2 |
Сечение, мм2 |
Ожидаемая плотность тока в проводнике, А/мм2 |
|||||||
|
0,5 |
1,0 |
1,5 |
2,0 |
||||||
|
Полоса прямоугольного сечения |
|||||||||
|
20 4 |
80 |
5,24 |
3,14 |
4,20 |
2,52 |
3,48 |
2,09 |
2,97 |
1,78 |
|
30 40 |
120 |
3,66 |
2,20 |
2,91 |
1,75 |
2,38 |
1,43 |
2,04 |
1,22 |
|
30 5 |
150 |
3,38 |
2,03 |
2,56 |
1,54 |
2,08 |
1,25 |
− |
− |
|
40 4 |
160 |
2,80 |
1,68 |
2,24 |
1,34 |
1,81 |
1,09 |
1,54 |
0,92 |
|
50 4 |
200 |
2,28 |
1,37 |
1,79 |
1,07 |
1,45 |
0,87 |
1,24 |
0,74 |
|
50 5 |
250 |
2,10 |
1,26 |
1,60 |
0,96 |
1,28 |
0,77 |
− |
− |
|
60 5 |
300 |
1,77 |
1,06 |
1,34 |
0,8 |
1,08 |
0,65 |
− |
− |
|
Проводник круглого сечения |
|||||||||
|
5 |
19,63 |
17,0 |
10,2 |
14,4 |
8,65 |
12,4 |
7,45 |
10,7 |
6,4 |
|
6 |
28,27 |
13,7 |
8,20 |
11,2 |
6,70 |
9,4 |
5,65 |
8,0 |
4,8 |
|
8 |
50,27 |
9,60 |
5,75 |
7,5 |
4,50 |
6,4 |
3,84 |
5,3 |
3,2 |
|
10 |
78,54 |
7,20 |
4,32 |
5,4 |
3,24 |
4,20 |
2,52 |
− |
− |
|
12 |
113,1 |
5,60 |
3,36 |
4,0 |
2,40 |
− |
− |
− |
− |
|
14 |
150,9 |
4,55 |
2,73 |
3,2 |
1,92 |
− |
− |
− |
− |
|
16 |
201,1 |
72 |
2,23 |
2,7 |
1,60 |
− |
− |
− |
− |
5.2 Исходные данные для расчета защитного зануления
на отключающую способность
1 Тип, мощность, номинальное напряжение обмоток высшего напряжения, схема соединения обмоток трансформатора.
2 Материал, сечение фазных и нулевых проводников и длина линии.
3 Вид автоматической защиты линии и ее параметры.
5.3 Последовательность расчета защитного зануления
на отключающую способность
1 Определяется требуемое ПТЭЭП значение тока короткого замыкания .
2 Определяется фактическое значение тока короткого замыкания в петле «фаза – нуль» Iкзфакт.
3 На основании сравнения значений и Iкзфакт дается заключение об отключающей способности защитного зануления.
5.4 Пример расчета защитного зануления
на отключающую способность
Произвести расчет защитного зануления вводного устройства электроустановки на отключающую способность.
Исходные данные:
Рис. 5.4. Однолинейная схема питания вводного устройства
1 Определяем требуемое ПТЭЭП значение тока короткого замыкания по формуле (5.1): = 3 · 300 = 900 А.
2 Определяем величину тока короткого замыкания в петле «фаза − нуль» по формуле (5.6):
.
Фазное напряжение сети U = 220 В.
Полное сопротивление обмоток масляного трансформатора мощностью S = 400 кВА, напряжением 6/0,4 кВ при схеме Y/Y0 по табл. 5.1 ZT = 0,195 Ом.
Погонное активное сопротивление медного проводника сечением 120 мм2 по табл. 5.3 R΄ = 0,158 Ом/км.
Активное сопротивление фазного проводника по формуле (5.8):
RФ= 0,158 · 0,25 = 0,0395 Ом.
Погонное активное сопротивление медного проводника сечением 70 мм по табл. 5.3:
R΄ = 0,28 Ом/км.
Активное сопротивление нулевого защитного проводника по формуле (5.8):
Rн = 0,28 · 0,25 = 0,07 Ом.
Внутреннее индуктивное погонное сопротивление медных проводников:
X΄ = 0,0156 Ом/км.
Внутреннее индуктивное сопротивление фазного и нулевого защитного проводников по формуле (5.12):
XФ = Xн = 0,0156 · 0,25 = 0,0039 Ом.
Погонное внешнее индуктивное сопротивление кабельной линии по табл. 5.3:
= 0,06 Ом/км.
Внешнее индуктивное сопротивление фазного и защитного нулевого проводников по формуле (5.11):
Хн = 0,06 · 0,25 = 0,015 Ом;
Вывод. Фактическое значение тока короткого замыкания в петле «фаза − нуль» Iкзфакт = 1260 А, требуемое значение тока короткого замыкания = 900 А, следовательно, отключающая способность защитного зануления обеспечена.
6 ВЫБОР АППАРАТОВ ЗАЩИТЫ В ЭЛЕКТРОУСТАНОВКАХ
6.1 Назначение аппаратов защиты
Аппараты защиты служат для отключения электроустановок при возникновении в них ненормальных режимов, угрожающих работоспособности самих электроустановок и безопасности обслуживающего персонала.
В частности, являясь одним из элементов системы защитного зануления (системы TN), аппараты защиты должны обеспечивать надежное и быстрое отключение электроустановок при повреждении основной изоляции, предотвращая тем самым опасность поражения электрическим током при косвенных прикосновениях. Следовательно, от правильного выбора аппаратов защиты и их параметров существенно зависят и эффективность системы защитного зануления, и электробезопасность обслуживающего персонала.
6.3 Требования к аппаратам защиты
Для эффективного выполнения своих защитных функций аппараты защиты должны отвечать следующим требованиям:
Выше приведенные требования обязательно должны учитываться при выборе аппаратов защиты и их технических характеристик.
6.3 Аппараты защиты и их характеристики
В настоящее время в электроустановках применяется целый ряд аппаратов защиты: плавкие предохранители, воздушные автоматические выключатели (автоматы), реле защиты, устройства защитного отключения (УЗО).
В электроустановках потребителей наиболее широкое применение находят плавкие предохранители и автоматы.
6.3.1 Плавкие предохранители
Плавкий предохранитель (рис.6.1) состоит из корпуса 1, выполненного из изоляционного материала (фарфор или фибра), плавкой вставки 2, и металлических контактных колпачков 3, к которым присоединяется плавкая вставка.
Основным элементом предохранителя, непосредственно осуществляющим защитные функции, является плавкая вставка 2, которая выполняется в виде металлической нити или пластины.
Рис. 6.1. Плавкий предохранитель
Принцип действия плавкого предохранителя заключается в том, что повышение тока сверх нормированной величины приводит к повышению температуры плавкой вставки и к ее расплавлению (перегоранию), в результате чего цепь электрического тока прерывается. Особенностью плавких вставок является то, что они обладают тепловой инерцией, из-за которой их расплавление происходит не мгновенно, а с задержкой по времени, в течение которого их температура повышается до температуры плавления. Причем, чем больший ток протекает через плавкую вставку, тем быстрее повышается ее температура и тем меньше требуется времени, чтобы она расплавилась. Таким образом, тепловая инерционность плавких вставок приводит к тому, что плавкие предохранители имеют обратно зависимую от тока временную характеристику.
При выборе плавких предохранителей следует учитывать их достоинства и недостатки.
К достоинствам плавких предохранителей можно отнести простоту их конструкции, относительную дешевизну, безотказность в работе.
К недостаткам плавких предохранителей можно отнести следующие:
При выборе плавких предохранителей учитываются следующие их технические характеристики:
Технические данные некоторых типов трубчатых предохранителей приведены в табл. 6.1 [3].
Таблица 6.1
Технические данные некоторых типов предохранителей
|
Тип предохранителя |
Номинальный ток предохранителя Iпр, A |
Номинальные токи плавких вставок Iпл, A |
|
НПИ 15 |
15 |
6, 10, 15 |
|
НПН 60М |
60 |
20, 25, 35, 45, 60 |
|
ПН2-100 |
100 |
30, 40, 50, 60, 80, 100 |
|
ПН2-250 |
250 |
80, 100, 120, 150, 200, 250 |
|
ПН2-400 |
400 |
200, 250, 300, 350, 400 |
|
ПН2-600 |
600 |
300, 400, 500, 600 |
|
ПН2-1000 |
1000 |
500, 600, 750, 800, 1000 |
6.3.2 Автоматические выключатели (автоматы)
Автоматические выключатели предназначены для включения, выключения и защиты электроустановок при токовых перегрузках и коротких замыканиях.
Автоматические выключатели относятся к коммутационным аппаратам ручного управления. Включение и выключение автоматов может производиться вручную, а при ненормальных режимах работы электроустановки (токовые перегрузки, короткие замыкания) отключение происходит автоматически.
Основным узлом, обеспечивающим автоматическое срабатывание автомата при ненормальном режиме, является расцепитель. По принципу действия применяемые в автоматах расцепители бывают электромагнитные, тепловые и комбинированные.
Принцип работы автомата с электромагнитным расцепителем можно упрощенно пояснить с помощью схемы, изображенной на рис. 6.2. В результате нажатия включающей кнопки или поворота соответствующей рукоятки подвижный контакт 1 автомата замыкается и удерживается во включенном состоянии защелкой 2, по электрической цепи протекает ток I. Проходя по обмотке 3 электромагнитного расцепителя, ток I создает втягивающее усилие F, стремящееся притянуть якорь 4 к сердечнику 5 электромагнита. Однако этому притяжению противодействует пружина 6, которая одновременно обеспечивает и надежное сцепление защелки.
Рис. 6.2. Принцип работы автомата с электромагнитным расцепителем
Как только ток I достигает установленного значения, равного току срабатывания (установки) расцепителя Iуст.эм, втягивающее усилие F электромагнита преодолевает сопротивление пружины, якорь притягивается к сердечнику, рычаг 7 поворачивается по часовой стрелке и освобождает защелку. Под действием пружины 8 контакт размыкается, и цепь тока автоматически прерывается, т. е. происходит выключение автомата.
Особенностью автоматов с электромагнитными расцепителями является их безынерционность, благодаря чему они способны осуществлять мгновенное отключение электроустановок без выдержки времени (токовую отсечку). При использовании автомата в системе защитного зануления (система TN) эта особенность является существенным достоинством, так как способствует выполнению требований ПУЭ [7] к быстродействию защиты при коротких замыканиях.
В автоматах с тепловым расцепителем основным элементом, осуществляющим выключение автомата при токовых перегрузках, является биметаллическая пластина. Она представляет собой элемент, состоящий из двух жестко соединенных между собой пластин, выполненных из металлов с разными коэффициентами теплового линейного расширения. При токовых перегрузках оба элемента биметаллической пластины нагреваются и удлиняются. Но поскольку коэффициенты теплового линейного расширения у них разные, то один из элементов удлиняется больше другого. В результате этого биметаллическая пластина изгибается и, воздействуя на механизм свободного расцепления, освобождает защелку, что приводит к выключению автомата.
Особенностью автоматов с тепловыми расцепителями является их тепловая инерционность, из-за которой их выключение происходит не мгновенно, а с выдержкой времени. Причем чем больше токовая перегрузка, тем быстрее возрастает температура биметаллической пластины, тем быстрее она изгибается и производит отключение автомата. Таким образом, тепловые расцепители, так же как и плавкие предохранители, имеют обратно зависимую от тока временную характеристику, что позволяет избежать ложных отключений электроустановок при кратковременных токовых перегрузках (например, при пусковых токах электродвигателей).
В автоматах с комбинированным расцепителем имеется и электромагнитный элемент, и биметаллическая пластина. Такие автоматы позволяют осуществлять и токовую отсечку (мгновенное срабатывание) при коротких замыканиях, и отключение электроустановок с обратно зависимой от тока выдержкой времени при токовых перегрузках, не допуская при этом ложного отключения при кратковременных перегрузках, не опасных для электроустановок (например, при пуске электродвигателей).
Для выбора автоматов используются следующие их технические характеристики:
Типы применяемых в настоящее время автоматов весьма разнообразны, и их технические характеристики приведены в соответствующих справочниках и каталогах. Технические данные некоторых автоматов представлены в табл. 6.2 [11].
Таблица 6.2
Технические данные автоматов серии А3100
|
Тип автомата |
Номинальный ток автомата IА, А |
Комбинированный расцепитель |
|
|
Номинальный ток Iкомб, А |
Ток установки мгновенного срабатывания Iуст.эм, А |
||
|
А3110 |
15 20 25 30 40 50 60 80 100 |
15 20 25 30 40 50 60 80 100 |
150 200 250 300 400 500 600 800 1000 |
|
А3130 |
120 140 170 200 |
120 140 170 200 |
840 1000 1200 1400 |
6.4 Расчет требуемых параметров и выбор аппаратов защиты
1 Выбор плавких вставок предохранителей осуществляется с учетом противоречивых условий. С одной стороны, плавкая вставка должна в возможно короткое время отключить электроприемник при коротком замыкании, и чем меньше ее номинал, тем быстрее и надежнее произойдет ее отключение. С другой стороны, плавкая вставка должна обеспечить номинальный режим работы электроприемника и не допускать отключения при кратковременных перегрузках (например, при запуске электрических двигателей с короткозамкнутым ротором). В этих случаях чем выше номинал плавкой вставки, тем надежнее будет работа приемника электрической энергии. Однако, учитывая, что пусковой режим длится кратковременно, а плавкая вставка обладает тепловой инерционностью, с целью повышения чувствительности защиты допускается перегрузка плавкой вставки, при которой она за время пуска не успевает перегореть.
Поэтому для защиты электродвигателей с пусковыми токами выше номинальных плавкая вставка выбирается из условия
, (6.1)
где Iпл – требуемый ток плавкой вставки предохранителя, А;
Iпуск – пусковой ток потребителя, А;
α – коэффициент перегрузки плавкой вставки, учитывающий ее инерционность.
Для защиты электроприемников, пусковой ток которых не превышает номинального (трансформаторов, электрических двигателей с фазным ротором, осветительной нагрузки и др.) плавкая вставка выбирается по номинальному току электроприемника:
, (6.2)
где Iн – номинальный ток приемника электрической энергии, А.
2 Выбор автомата для включения, выключения и защиты электроустановки производится таким образом, чтобы его номинальный ток IА был равен или несколько больше тока, длительно протекающего через его контакты и токоведущие части:
, (6.3)
где IА – номинальный ток автомата, А;
Iн – номинальный ток электроприемника, А.
Выбрав из условия (6.3) серийный автомат, необходимо проверить, чтобы во избежание ложных отключений номинальные токи его расцепителей были не меньше длительно протекающего через них тока электроприемника:
. (6.4)
Кроме того, во избежание ложных отключений при кратковременных токовых перегрузках (например, при пуске электродвигателя) необходимо убедиться, что ток уставки электромагнитного расцепителя автомата (токовой отсечки) Iуст.эм больше пускового тока Iпуск электродвигателя:
. (6.5)
6.5 Исходные данные для выбора аппаратов
защиты электроустановок
1 Вид приемника электрической энергии: электрический двигатель (с короткозамкнутым или фазным ротором), трансформатор (трехфазный, двухфазный, однофазный), электрическая печь (трехфазная, двухфазная, однофазная) и т. д.
2 Номинальные параметры приемников электрической энергии: напряжение, мощность, коэффициент мощности. Для электрических двигателей с короткозамкнутым ротором кроме указанных параметров – коэффициент полезного действия электрического двигателя, кратность пускового тока.
3 Вид аппарата защит для защиты приемника электрической энергии: плавкий предохранитель, тип автоматического выключателя.
6.6 Последовательность расчета и выбора номинальных токов плавких вставок предохранителей
1 Определяется номинальный ток приемника и электрической энергии, т.е. ток, который он потребляет из сети в длительном установившемся режиме, работая с номинальной нагрузкой.
Номинальный ток трехфазного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым или фазным ротором (рис. 6.3) определяется по формуле
, (6.6)
где P – номинальная мощность на валу электродвигателя, кВт;
Uл – номинальное линейное напряжение (напряжение между фазами) сети, В;
cos − номинальный коэффициент мощности, показывающий, какая часть полной мощности, потребляемой электродвигателем из сети, идет на выполнение полезной работы;
− номинальный коэффициент полезного действия электродвигателя.
Номинальные параметры электродвигателей приводятся в их технических характеристиках. Коэффициенты мощности и коэффициенты полезного действия электродвигателей, приведенные в технических характеристиках и обычно лежат в пределах: cos = 0,7…0,9,
= 0,75…0,95.
Номинальный ток трехфазного трансформатора определяется по формуле
, (6.7)
где S – полная номинальная мощность трансформатора (активная и реактивная), потребляемая из сети, кВА;
Uл – номинальное линейное напряжение сети, В.
Номинальный ток двухфазного электроприемника, включенного между двумя фазами (рис. 6.4), определяется по формулам:
(6.8)
или , (6.9)
где S – полная номинальная мощность, потребляемая электроприемником из сети, кВА;
P – активная номинальная мощность, потребляемая электроприемником из сети, кВт;
Uл – номинальное линейное напряжение сети, В;
cos − номинальный коэффициент мощности потребителя.
Номинальный ток однофазного электроприемника, включенного между фазным и нулевым рабочим проводником (рис. 6.5), определяется по формулам:
(6.10)
или , (6.11)
где S – полная номинальная мощность, потребляемая электроприемником из сети, кВА;
P – активная номинальная мощность, потребляемая электроприемником из сети, кВт;
U – номинальное фазное напряжение сети, В;
cos – номинальный коэффициент мощности электроприемника.
2 Для асинхронных электрических двигателей с короткозамкнутым ротором определяется пусковой ток по формуле
, (6.12)
где Iпуск – пусковой ток электродвигателя, А;
Iн – номинальный ток электродвигателя, А;
Kп – коэффициент кратности пускового тока, показывающий во сколько раз пусковой ток электродвигателя превышает номинальный ток.
Значения коэффициента Kп приводятся в технических характеристиках электродвигателей и обычно лежат в следующих пределах:
Kп = 4…7 – для асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором;
Kп = 1,5…2,5 – для асинхронных электродвигателей с фазным ротором.
3 Для электродвигателей с короткозамкнутым ротором определяется требуемое значение тока плавкой вставки по формуле
, (6.13)
где − коэффициент перегрузки плавкой вставки, учитывающий допускаемую кратковременную токовую перегрузку.
Согласно опытным данным значения коэффициента принимаются равными:
= 2,5 – для электродвигателей, запускаемых в холостую (легкие условия пуска);
= 1,6…2,0 – для электродвигателей, запускаемых под нагрузкой (тяжелые условия пуска).
4 По требуемому значению тока плавкой вставки для электрических двигателей с короткозамкнутым ротором или по номинальным токам других потребителей, не имеющих пусковых токов, выбираются предохранители с ближайшими большими стандартными значениями номинальных токов плавких вставок (см. табл. 6.1).
5 Определяется требуемое значение тока плавкой вставки для защиты группы электроприемников.
Требуемый ток плавкой вставки для защиты группы электроприемников, не имеющих пусковых токов, определяется как сумма номинальных токов защищаемых электроприемников:
, (6.14)
где − сумма номинальных токов всех защищаемых электроприемников, А.
Требуемый ток плавкой вставки для защиты группы электроприемников, пусковые токи которых превышают номинальные, определяется из условия, что электроприемник, имеющий наибольший пусковой ток, запускается, а все остальные работают в номинальном режиме:
, (6.15)
где Iпуск – наибольший пусковой ток электроприемника в группе, А;
– сумма номинальных токов всех электроприемников без учета запускаемого, А;
– коэффициент запаса плавкой вставки для запускаемого электроприемника.
Для обеспечения селективности защиты номинальный ток плавкой вставки для защиты группы электроприемников должен быть как минимум на ступень выше каждого из номинальных токов плавких вставок в группе
, (6.16)
где – наибольшее значение номинального тока плавкой вставки в группе, А.
6.7 Последовательность расчета и выбора
автоматических выключателей
1 Определяется номинальный ток электроприемника по формулам (6.6…6.11).
2 Для электрического двигателя с короткозамкнутым ротором определяется пусковой ток по формуле (6.12).
3 По номинальному току электроприемника выбирается автоматический выключатель (табл. 6.2).
6.8 Пример расчета номинальных токов плавких вставок
и выбора предохранителей
Произвести расчет и выбрать плавкие предохранители для защиты электроприемников, изображенных на однолинейной электрической схеме сети (рис. 6.6).
Исходные данные:
− напряжение сети 380/220 В (линейное напряжение Uл = 380 В, фазное напряжение U = 220 В);
− электроприемник 1: трехфазный асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором и техническими характеристиками:
P = 20 кВт; Kп1 = 6,0; cos1 = 0,9; 1 = 0,885; условия пуска легкие;
− электроприемник 2: двухфазная нагревательная печь мощностью P2 = 7 кВт; cos2 = 1;
− электроприемник 3: однофазная осветительная установка общей мощностью P3 = 1 кВт; cos3 = 1.
1 Определяем номинальный ток электродвигателя по формуле (6.9):
А.
2 Определяем номинальный ток нагревательной печи по формуле (6.9):
А.
3 Определяем номинальный ток осветительной установки по формуле (6.11):
А.
4 Определяем пусковой ток электродвигателя по формуле (6.12):
А.
5 Определяем требуемое значение номинального тока плавкой вставки для защиты электродвигателя по формуле (6.13):
А.
6 По требуемому значению номинального тока плавкой вставки для защиты электродвигателя с короткозамкнутым ротором и номинальным током остальных электроприемников по табл. 6.1 выбираем предохранители с ближайшими большими значениями номинальных токов плавких вставок:
Пр. 1 – тип ПН2-100 с номинальным током плавкой вставки ;
Пр. 2 – тип НПН 60М с номинальным током плавкой вставки ;
Пр. 3 – тип НПИ 15 с номинальным током плавкой вставки .
7 Определяем требуемое значение номинального тока плавкой вставки для защиты группы электроприемников по формуле (6.15):
.
Для защиты группы электроприемников из табл. 6.1 выбираем предохранитель ПН-250 с номинальным током плавкой вставки . По формуле (6.16) проверяем выполнение условия селективности защиты: , , значит селективность защиты обеспечена.
Результаты расчета представлены в табл. 6.3.
Таблица 6.3
Результаты расчета и выбора плавких вставок предохранителей
|
Наименование электро- приемника |
Номинальный ток электро- приемника Iн, А |
Пусковой ток электро-приемника Iпуск, А |
Требуемое значение номинального тока плавкой вставки, ,А |
Тип предохрани-теля |
Номиналь-ный ток плавкой вставки Iпл, А |
|
Электродвигатель Нагревательная печь Осветительная установка |
38,2 18,4 4,5 |
229,5 − − |
91,7 18,4 4,5 |
ПН2-100 НПН 60М НПИ 15 |
100 20 6 |
|
Групповой предохранитель |
ПН2-250 |
120 |
6.9 Пример расчета и выбора автоматических выключателей
Произвести расчет и выбрать автоматический выключатель для защиты асинхронного электрического двигателя с короткозамкнутым ротором.
Исходные данные:
− напряжение сети 380/220 В;
− технические характеристики электрического двигателя:
P = 14 кВт, Kп = 5, cos = 0,85, = 0,87, условия пуска тяжелые.
1 Определяем номинальный ток электрического двигателя по формуле (6.6):
.
2 Определяем пусковой ток электродвигателя по формуле (6.12):
.
3 По табл. 6.2 выбираем автоматический выключатель А3110 с номинальным током IА = 30 А.
4 Проверяем выполнение условия (6.5):
.
Условие (6.5) выполняется.
В заключение следует отметить, что автоматы, несмотря на их более высокую стоимость и сложность конструкции, имеют ряд преимуществ перед плавкими предохранителями. Они более удобны в эксплуатации, надежны и безопасны для обслуживающего персонала. Автоматы всегда готовы к быстрому повторному включению, обладают многократностью действия, обеспечивают одновременное отключение всех фаз поврежденной цепи, не допуская неполнофазных отключений, приводящих к ненормальному режиму работы электроустановок на двух фазах. Наличие в автоматах различных типов расцепителей позволяет производить селективную защиту электроустановок при коротких замыканиях и токовых перегрузках, не допуская при этом ложных отключений.
7 Расчет искусственного освещения ПОМЕЩЕНИЙ
7.1 Требования, предъявляемые к искусственному освещению помещений
Искусственное освещение должно быть достаточным, равномерным, экономичным. Осветительные установки должны обеспечивать постоянство освещенности во времени, электро-, пожаро- и взрывобезопасность, эстетичность, удобство обслуживания.
Для удовлетворения указанных требований при проектировании осветительных установок необходимо выбрать:
7.2 Выбор источника света
В качестве источников света могут использоваться лампы накаливания (ЛН), разрядные лампы низкого давления – люминесцентные лампы (ЛЛ) и разрядные лампы высокого давления – дуговые ртутно-люминесцентные (ДРЛ), дуговые ртутные с излучающими добавками (ДРИ) и другие лампы. Выбор источников света осуществляется на основании сравнения их достоинств и недостатков.
Согласно СНиП 23-05-95 «Естественное и искусственное освещение» [13] и Ост 32.120-98 «Нормы искусственного освещения объектов железнодорожного транспорта» [14] общее освещение производственных помещений следует осуществлять светильниками с разрядными источниками света (лампы ДРЛ, ДРИ и люминесцентные лампы).
Лампы накаливания допускается использовать:
При выборе источников света необходимо учитывать следующее: в низких помещениях (не выше 6…8 м) наиболее экономичны осветительные установки (ОУ) с ЛЛ; в помещениях средней высоты (8…15 м) и очень высоких (свыше 20 м) наиболее выгодны ОУ с лампами ДРИ, в высоких помещениях (от 8…10 до 20 м) наименьшие затраты имеют место для ОУ с лампами ДРЛ, хотя энергетически они менее выгодны, так как установленная мощность в ОУ с лампами ДРЛ больше, чем в ОУ с лампами ДРИ [15].
Для освещения помещений высотой до 5 м в общественных зданиях следует, как правило, применять ЛЛ.
Технические данные источников света приведены в табл. 7.1 − 7.3 [15].
Таблица 7.1
Технические данные ламп накаливания общего назначения
(извлечение из ГОСТ 2239-79)
|
Тип лампы |
Мощность, Вт |
Номинальный световой поток, лм |
|
В220-230-15 В230-240-15 В220-230-25 В230-240-25 Б220-230-40 БК220-230-40 Б220-230-60 БК220-230-60 Б220-230-75 БК215-225-75 Б220-230-100 БК220-230-100 Г220-230-150 Б235-245-150 БК220-230-150 Г220-230-200 Г230-240-200 Г220-230-300 Г230-240-300 Г220-230-500 Г230-240-500 Г220-230-750 Г220-230-1000 Г230-240-1000 |
15 15 25 25 40 40 60 60 75 75 100 100 150 150 150 200 200 300 300 500 500 750 1000 1000 |
120 120 230 225 430 475 730 800 960 1030 1380 1500 2090 2180 2380 2950 3150 4850 4800 8400 8300 13100 18800 18610 |
Примечание. В условном обозначении типов ламп буквы и числа обозначают: В – вакуумная, Г – газополная (аргоновая), Б – биспиральная аргоновая, БК – биспиральная криптоновая; первые два числа – диапазон напряжений в вольтах, третье число – номинальная мощность в ваттах.
Таблица 7.2
Технические данные люминесцентных ламп
|
Тип лампы |
Мощность, Вт |
Номинальный световой поток, лм |
|
Люминесцентные лампы общего назначения (ГОСТ 6825-74) |
||
|
ЛБ15-1 ЛД15 ЛБ20-1 ЛД20 ЛБ30-1 ЛД30 |
15 15 20 20 30 30 |
835 700 1200 1000 2180 1800 |
Окончание табл. 7.2
|
ЛБ40-1 ЛД40-1 ЛБ65-1 ЛД65 ЛБ80-1 ЛД80 |
40 40 65 65 80 80 |
3200 2600 4800 4000 5400 4300 |
|
Энергоэкономичные люминесцентные лампы (ГОСТ 6825-91) |
||
|
ЛБ18-1 ЛЕЦ18 ЛБ36 ЛЕЦ36 ЛБ58 ЛЕЦ58 |
18 18 36 36 58 58 |
1250 850 3050 2150 4800 3300 |
Примечание. В условных обозначениях типов ламп буквы и числа обозначают: Л – люминесцентная, Б – белая, Д – дневная, Е – естественная, Ц – с улучшенной цветопередачей; число после букв – мощность лампы в ваттах, последняя цифра – номер модификации.
Таблица 7.3
Технические данные ртутных ламп высокого давления
|
Тип лампы |
Мощность, Вт |
Номинальный световой поток, лм |
|
ДРЛ50 ДРЛ80 ДРЛ125 ДРЛ250-4 ДРЛ400-4 ДРЛ700-3 ДРЛ1000-3 ДРИ125 ДРИ250-5 ДРИ400-5 ДРИ700-5 ДРИ1000-5 ДРИ2000-6 |
50 80 125 250 400 700 1000 125 250 400 700 1000 2000 |
1900 3600 6300 13 500 24 000 41 000 59 000 8300 19 000 35 000 60 000 90 000 190 000 |
Примечание. В условных обозначениях типов ламп буквы и числа обозначают: ДР – дуговая ртутная, Л – люминесцентная, И – с излучающими добавками; первое число – номинальная мощность в ваттах, последняя цифра – номер разработки или модификации.
7.3 Выбор светового прибора (светильника)
Световой прибор по ГОСТ 16703-79 – устройство, содержащее одну или несколько электрических ламп и светотехническую арматуру, которое за счет перераспределения света электрических ламп или преобразования структуры света предназначено для освещения. Световые приборы, перераспределяющие свет лампы (ламп) внутри больших телесных углов, называются светильниками.
Световые приборы в зависимости от отношения светового потока, направляемого в нижнюю полусферу, к полному световому потоку подразделяются на пять классов (табл. 7.4) [15].
Таблица 7.4
Классификация светильников по светораспределению (ГОСТ 17677-82)
|
Класс светильника по светораспределению |
Доля светового потока, направленного в нижнюю полусферу, во всем световом потоке светильника, % |
|
|
Обозначение |
Наименование |
|
|
П Н Р В О |
Прямого света Преимущественно прямого света Рассеянного света Преимущественно отраженного света Отраженного света |
Свыше 80 От 60 до 80 От 40 до 60 От 20 до 40 До 20 |
Важной характеристикой светового прибора является кривая силы света (КСС). Симметричные световые приборы в зависимости от формы КСС подразделяются на семь типов. В основу классификации положены: зона направлений максимальной силы света и коэффициент формы КСС, под которым понимается отношение максимальной силы света в данной меридиональной плоскости к среднеарифметической силе света светового прибора для этой плоскости (табл. 7.5) [15].
Таблица 7.5
Классификация светильников по типу кривой силы света
|
Тип кривой силы света |
Зона направлений максимальной силы света |
Коэффициент формы кривой силы света Кф |
|
|
Обозначение |
Наименование |
||
|
К Г Д Л Ш М С |
Концентрированная Глубокая Косинусная Полуширокая Широкая Равномерная Синусная |
0−150 0−300; 180−1500 0−350; 180−1450 35−550; 145−250 55−850; 125−950 0−1800 70−900; 110−900 |
Не менее 3 От 2 до 3 От 1,3 од 2 Не менее 1,3 Не более 1,3, при этом Imin > 0,7Imax Более 1,3, при этом I0 < 0,7Imax |
Примечание. I0 – сила света в направлении оптической оси светильника (00); Imin, Imax – минимальная и максимальная сила света.
Светильники выбирают в зависимости от принятого источника света, назначения помещения, способа установки светильника, характеристики окружающей среды и других факторов. Эта информация указана в условном обозначении светильника:
|
1 |
2 |
3 |
4 |
– |
5 |
6 |
– |
7 |
– |
8 |
Здесь: 1 – буква, обозначающая источник света: Н – накаливания общего назначения, Л – прямые трубчатые ЛЛ, Р – ртутные типа ДРЛ, Г − ртутные типа ДРИ;
2 – буква, обозначающая способ установки светильника: С – подвесные, П – потолочные, В – встраиваемые, Б – настенные;
3 – буква, обозначающая основное назначение светильника: П – для производственных зданий, О – для общественных зданий, Б – для жилых (бытовых) помещений;
4 – номер серии (от 01 од 99);
5 – обозначение числа ламп в светильнике: для одноламповых светильников число не указывается и знак не ставится, а мощность указывается непосредственно после дефиса;
6 – мощность ламп в ваттах;
7 – номер модификации (от 001 од 999);
8 – буквы и числа, обозначающие климатическое исполнение и категорию размещения осветительного прибора по ГОСТ 15150-69.
Технические данные светильников представлены в табл. 7.6 − 7.11.
Таблица 7.6
Технические данные светильников
для производственных помещений с лампами накаливания
|
Тип светильника |
Тип ламп |
Класс светораспределения |
Тип КСС |
Габаритные размеры, мм |
|
НПП03-100-001М НПП05-100-002 НСП02-100 НСП03-60-01 НСП11-100-331 НСП11-200-331 НСП11-100-334 |
Б220-230-100 |
П |
Д |
290265155 324150160 155262 |
|
Б215-225-100 |
М |
|||
|
Р |
||||
|
Б215-225-60 |
110334 |
|||
|
Б215-225-100 |
П |
Д |
305332 410362 200345 230380 |
|
|
Б215-225-200 |
||||
|
Б215-225-100 |
Р |
М |
||
|
Б215-225-200 |
||||
|
НСП11-200-334 НСП17-500-004(104) НСП17-1000-004(004) НСП21-100-001 НСП21-200-005 НСП22-500-111 |
Г220-230-500 |
П |
Г Д Г |
284336 321404 478514 210380 316340 280240 |
|
Г220-230-1000 |
||||
|
Б215-225-100 |
||||
|
Б215-225-200 Г215-225-500 |
||||
|
Н |
К |
Таблица 7.7
Технические данные светильников
для производственных помещений с люминесцентными лампами
|
Тип светильника |
Тип ламп |
Класс светораспреде- ления |
Тип КСС |
Габаритные размеры, мм |
|
ЛВП04-465-001 ЛВП05-465-002 ЛВП06-5х65-001 ЛСП02-2х40-01-03 ЛСП02-2х40-10-12 ЛСП02-2х65-01-03 ЛСП02-2х65-04-06 ЛСП13-2х65-003 ЛСП13-2х40-003 ЛСП13-2х65-004 ЛСП13-2х40-004 ЛСП18-2х18 ЛСП18-2х36 ЛСП18-2х58 ЛСП122-2х65-101 ЛСП122-2х65-201 ЛСП122-2х65-111 ЛСП122-2х65-211 ЛСП122-2х65-212 ПВЛМ-2х40-01 ПВЛМ-2х40-02 |
ЛБ65 |
П |
Д |
1630545405 |
|
1630545135 |
||||
|
1630545410 |
||||
|
ЛБ40 |
Н П Н П |
1234280159 |
||
|
ЛБ65 |
1534280159 |
|||
|
ЛБ65 ЛБ40 ЛБ65 ЛБ40 |
П |
Г |
1546480156 1246480156 1546480156 1246480156 720270204 1330270204 1630270204 |
|
|
ЛБ18 ЛБ36 ЛБ58 |
Д |
|||
|
ЛБ65 |
П |
1625280215 |
||
|
Н |
||||
|
П |
||||
|
Н |
||||
|
ЛБ65 |
Н |
1625280215 |
||
|
ЛБР40 |
1325148160 |
Таблица 7.8
Технические данные светильников
для производственных помещений с лампами типа ДРЛ
|
Тип светильника |
Тип ламп |
Класс светораспреде- ления |
Тип КСС |
Габаритные размеры, мм |
|
РПП01-50 РПП01-80 РСП01-125 РСП05-250 РСП05-400 РСП05-700 РСП05-1000 РСП14-2700-011 РСП14-2700-012 |
ДРЛ50 ДРЛ80 ДРЛ125 ДРЛ250 ДРЛ400 ДРЛ700 ДРЛ1000 |
П |
Д |
385340200 398440 492535 542565 614590 |
|
ДРЛ700 |
1330610595 1290565575 |
Таблица 7.9
Технические данные светильников
для производственных помещений с лампами типа ДРИ
|
Тип светильника |
Тип ламп |
Класс светораспределения |
Тип КСС |
Габаритные размеры, мм |
|
ГПП01-125 ГСП15-400-101 ГСП17-700-014 ГСП17-700-024 ГСП-700-015 ГСП17-2000-014 ГСП17-2000-015 ГСП18-250-004 ГСП18-400-004 ГСП18-700-005 |
ДРИ125 |
П |
Д |
385340200 570540 |
|
ДРИ400-5 |
Г |
|||
|
ДРИ700-5 |
520580 |
|||
|
520687 |
||||
|
К |
610600 |
|||
|
ДРИ2000-6 |
Г |
660670 Ø 745670 440350 440370 560565 |
||
|
ДРИ250-5 |
Д |
|||
|
ДРИ400-5 |
||||
|
ДРИ700-5 |
Г |
Таблица 7.10
Технические данные светильников
для взрывоопасных помещений с лампами накаливания
|
Тип светильника |
Тип ламп |
Класс светораспреде- ления |
Тип КСС |
Габаритные размеры, мм |
|
В4А-60 |
БК220-230-60 С220-60-1 |
П |
Д |
340270210 |
|
ВЗГ-100 |
БК220-230-100 |
340310195 |
||
|
ВЗГ/В4А-200МС |
Г215-225-200 |
398510 |
||
|
Н4Б-300МА |
Г220-230-300-1 |
Г |
508584 |
Таблица 7.11
Технические данные светильников
для общественных зданий с люминесцентными лампами
|
Тип светильника |
Тип ламп |
Класс светораспределения |
Тип КСС |
Габаритные размеры, мм |
|
ЛВО03-2×40-001 ЛВО03-4×40-001 ЛВО03-2×65-002 ЛВО03-4×65-002 ЛВО05-2×40-001 ЛПО02-2×40-01 ЛПО02-4×40-01 ЛПО25М-2×40 ЛПО26М×40-001 ЛПО28-2×40-003 ЛПО28-2×65-003 ЛПО33-2×18-002 ЛПО33-2×36-002 ЛПО33-2×58-002 ЛПО34-4×36-001 ЛПО34-4×58-001 ЛСО02-2×40/Р-01 ЛСО02-2×65/Р-01 ЛСО04-2×40-004 ЛСО06-4×36-001 ЛСО06-4×58-001 Л201Г220-15М Л201Б420-18М Л201Г240-02М Л201Г240-08 |
ЛБ40 |
П |
Д |
1275310115 1275×610×115 1575×310×136 1575×610×136 1240×300×120 |
|
ЛБ65 |
||||
|
ЛБ40 |
||||
|
ЛБ40 |
1296×214×95 |
|||
|
1296×420×95 |
||||
|
ЛБ40 |
П |
1275×185×113 1248×75×115 |
||
|
Р |
||||
|
Н |
1292×280×130 |
|||
|
ЛБ65 |
1592×280×130 |
|||
|
ЛБ18 ЛБ36 ЛБ58 |
П |
760×270×90 1370×270×90 1670×270×90 1340×460×80 |
||
|
ЛБ36 |
||||
|
ЛБ58 |
1640×460×80 |
|||
|
ЛБ40 |
Р |
1265×292×1090 |
||
|
ЛБ65 |
1565×292×1090 |
|||
|
ЛБ40 |
1266×292×90 |
|||
|
ЛБ36 |
Н |
1340×460×80 |
||
|
ЛБ58 |
1640×460×80 |
|||
|
ЛБ20 |
640×236×125 |
|||
|
П |
||||
|
ЛБ40 |
Н П |
1250×236×105 |
7.4 Определение количества и размещение светильников
На стадии проектирования количество светильников и их расположение выбираются из условий обеспечения равномерности освещения. Для светильников с лампами накаливания, ДРЛ и ДРИ оптимальным является их размещение по углам квадратных полей. Допускаются прямоугольное и шахматное расположение светильников. При прямоугольном расположении соотношение длин сторон прямоугольника не должно превышать 1,5, при шахматном расположении острый угол ромбического поля должен быть близким к 60°.
Светильники с люминесцентными лампами размещаются рядами параллельно стене с окнами или длинной стороне помещения. Схемы размещения светильников представлены на рис. 7.1
Рис. 7.1 Схемы размещения светильников в помещении:
а − на разрезе помещения; б − прямоугольное размещение светильников с лампами накаливания на плане; в − шахматное размещение светильников с лампами ДРЛ и ДРИ на плане; г − рядное размещение светильников с люминесцентными лампами на плане
Одним из условий обеспечения равномерности освещения является равенство расстояний между светильниками по длине L1 и ширине L2 помещения или между рядами люминесцентных светильников:
L1 = L2 = L . (7.1)
Расстояние L определяется по формуле
L = ∙ НР , (7.2)
где L − оптимальное расстояние между светильниками или рядами люминесцентных светильников, м;
HР – расчетная высота подвеса светильников, м;
− коэффициент для определения расстояния между светильниками.
Рекомендуемые значения представлены в табл. 7.12 [16].
Таблица 7.12
Рекомендуемые значения для светильников с типовыми КСС
|
Тип КСС |
С |
Э |
|
Концентрированная (К) Глубокая (Г) Косинусная (Д) Равномерная (М) Полуширокая (Л) |
0,6 0,9 1,4 2,0 1,6 |
0,6 1,0 1,6 2,6 1,8 |
Примечание. С рекомендуются для люминесцентных ламп, Э – в остальных случаях.
Расчетная высота подвеса светильника определяется по формуле
HР = H – hС – hр , (7.3)
где Н – высота помещения, м;
hС – свес светильника, м;
hР – высота рабочей поверхности или плоскости, на которой нормируется освещенность, м.
Свес светильника определяется конструкцией светильника и способом крепления. Как правило, он составляет 0,3…0,7 м. Для светильников, встраиваемых в потолки или подвешиваемых заподлицо с фермами, hС = 0.
Количество светильников по длине nА и ширине nВ помещения соответственно определяется по формулам:
, (7.4)
. (7.5)
Общее число светильников в помещении определяется по формуле
, (7.6)
при люминесцентных светильниках определяется количество рядов светильников:
. (7.7)
7.5 Выбор нормированного значения освещенности
Освещенность нормируется СНиП 23-05-95 «Естественное и искусственное освещение» [13] и соответствующими отраслевыми нормами искусственного освещения. На железнодорожном транспорте освещенность нормируется ОСТ 32.120-98 «Нормы искусственного освещения объектов железнодорожного транспорта» [14].
В основу нормирования положена характеристика зрительных работ (размер объекта различения), контраст объекта с фоном, характеристика фона, система освещения (комбинированное или общее освещение).
В нормах приводятся минимальные значения освещенности для газоразрядных ламп. При использовании ламп накаливания при системе общего освещения указанные значения снижаются на одну ступень для разрядов I – V и VII, на две ступени – для разрядов VI и VIII.
Нормированные значения освещенности с корректировкой для ламп накаливания приведены в табл. 7.13 [13] и 7.14, 7.15 [14].
Таблица 7.13
Нормы освещенности производственных помещений
(извлечение из СНиП 23-05-95)
|
Характеристика зрительной работы |
Наимень ший или эквивалентный размер объекта различения |
Разряд зритель-ной работы |
Подраз- ряд зрительной работы |
Контраст объекта с фоном |
Характеристика фона |
Освещенность при системе общего освещения, лк |
|
|
Разряд- ные лампы |
Лампы накали- вания |
||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
Наивысшей точности |
Менее 0,15 |
I |
а |
Малый |
Темный |
− |
− |
|
б |
Малый Средний |
Средний Темный |
1250 1000 |
1000 750 |
|||
|
в |
Малый Средний Большой |
Светлый Средний Темный |
750 600 600 |
600 500 500 |
|||
|
г |
Средний Большой |
Светлый Средний |
400 300 |
300 200 |
|||
|
Очень высокой точности |
От 0,15 до 0,30 |
II |
а |
Малый |
Темный |
− |
− |
|
б |
Малый Средний |
Средний Темный |
750 600 |
600 500 |
|||
|
в |
Малый Средний Большой |
Светлый Средний Темный |
500 400 400 |
400 300 300 |
|||
|
г |
Средний Большой Большой |
Светлый Светлый Средний |
300 200 200 |
200 150 150 |
Окончание табл. 7.13
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
Высокой точности |
От 0,30 до 0,50 |
III |
а |
Малый |
Темный |
500 |
400 |
|
б |
Малый Средний |
Средний Темный |
300 200 |
200 150 |
|||
|
в |
Малый Средний Большой |
Светлый Средний Темный |
300 300 200 |
200 200 150 |
|||
|
г |
Средний Большой Большой |
Светлый Светлый Средний |
200 |
150 |
|||
|
Средней точности |
Свыше 0,5 до 1,0 |
IV |
а |
Малый |
Темный |
300 |
200 |
|
б |
Малый Средний |
Средний Темный |
200 |
150 |
|||
|
в |
Малый Средний Большой |
Светлый Средний Темный |
200 |
150 |
|||
|
г |
Средний Большой Большой |
Светлый Светлый Средний |
200 |
150 |
|||
|
Малой точности |
Свыше 1 до 5 |
V |
а |
Малый |
Темный |
300 |
200 |
|
б |
Малый Средний |
Средний Темный |
200 |
150 |
|||
|
в |
Малый Средний Большой |
Светлый Средний Темный |
200 |
150 |
|||
|
г |
Средний Большой Большой |
Светлый Светлый Средний |
200 |
150 |
|||
|
Грубая (очень малой точности) |
Более 5 |
VI |
Независимо от характеристик фона и контраста объекта с фоном |
200 |
100 |
||
|
Работа со светящимися материалами и изделиями в горячих цехах |
Более 0,5 |
VII |
То же |
200 |
150 |
||
|
Общее наблюдение за ходом производствен- ного процесса: постоянное периодическое при постоянном пребывании людей в помещении |
VIII |
а |
« |
200 |
100 |
||
|
б |
« |
75 |
30 |
Таблица 7.14
Нормы освещенности производственных помещений
(извлечение из ОСТ 32.120-98)
|
Наименование цехов, участков, рабочих мест, позиций и оборудования |
Плоскость, поверхность нормирова- ния освещенности |
Разряд и подразряд зритель- ной работы |
Общее освещение |
|
|
Освещенность, лк |
||||
|
Газораз- рядные лампы |
Лампы накаливания |
|||
|
Цеха технического обслуживания ТО-3, ТО-4, текущего ремонта ТР-1, пункт технического обслуживания ТО-2, пропиточно-сушильный участок, моечные машины, насосные станции, стрелочные посты |
Г-0 |
VI |
150* |
75* |
|
Цеха текущего ремонта ТР-2, ТР-3, капитального ремонта КР-1, КР-2, отделение ремонта электрических машин |
Г-0 |
VI |
200 |
100 |
|
Сборочный, электроаппаратный, электромашинный цеха, цех ремонта деталей буксового узла, электролитная и дисцилляторная |
Г-0,8 |
VI |
200 |
100 |
|
Тележечный, колесный, механический, инструментальный, дизельный цеха, цеха ремонта скоростемеров, ремонта рефрижераторного подвижного состава и пассажирских вагонов, отделения ремонта автосцепки, холодильного оборудования, топливной аппаратуры, термическое отделение, вагонно - колесные мастерские |
Г-0,8 |
Va |
300 |
200 |
|
Сварочное отделение, печи для разогрева и закалки деталей |
Г-0,5 |
VII |
300 |
150 |
Примечание. − норма освещенности снижена на одну ступень из-за наличия оборудования, не требующего постоянного обслуживания.
Таблица 7.15
Нормы освещенности люминесцентными лампами общественных и вспомогательных зданий (извлечение из ОСТ 32.120-98)
|
Помещения |
Плоскость нормирования освещенности |
Освещенность, лк, не менее |
|
Кабинеты, рабочие комнаты Проектные залы, чертежные бюро Машинописные и машиносчетные бюро Залы заседаний Помещения для работы с ПЭВМ Комнаты длительного отдыха пассажиров Посты электрической централизации |
Г-0,8 Г-0,8 Г-0,8 Г-0,8 Г-0,8 Г-0,8 Г-0,8 |
300 500 400 200 300 − 500 100 300 |
7.6 Выбор мощности лампы
Мощность лампы выбирается по результатам расчета. Расчет может производиться различными методами. Наиболее рациональным при расчете общего равномерного освещения является метод коэффициента использования светового потока. Расчетом определяется необходимый для создания нормированного значения освещенности световой поток одной лампы или одного ряда люминесцентных светильников по формуле
F = EH S K Z / N, (7.8)
где F – необходимый световой поток одной лампы или одного ряда люминесцентных светильников, лм;
EH – нормированное значение освещенности по СНиП 23-05-95 или ОСТ 32.120-98, лк;
S – площадь помещения, м2;
К – коэффициент запаса;
Z – коэффициент неравномерной освещенности;
N – число ламп или число рядов люминесцентных светильников, определяется расчетом, ед;
− коэффициент использования светового потока.
По расчетному значению необходимого светового потока F выбирается стандартная лампа с ближайшим к расчетному световым потоком Fл по табл. 7.1 – 7.3.
При люминесцентных лампах необходимый световой поток F обеспечивается несколькими светильниками.
Число светильников в одном ряду определяется по формуле
n =F / Fсв,, (7.9)
где n − число люминесцентных светильников в одном ряду, ед.;
Fсв – световой поток одного светильника, лм.
Световой поток одного светильника определяется по формуле
Fсв = m FЛ , (7.10)
где FЛ – световой поток одной лампы, лм;
m – число ламп в светильнике, ед.
Если световой поток выбранной стандартной лампы FЛ или фактический световой поток одного ряда люминесцентных светильников Fфакт отличаются от расчетных значений F, то необходимо определить фактическое значение освещенности Ефакт по формулам:
Ефакт = ЕНFЛ / F, (7.11)
Ефакт = ЕНFфакт / F. (7.12)
Расчет считается удовлетворительным, если фактическое значение освещенности Ефакт отклоняется от нормированного значения ЕН в пределах от – 10 до + 20 %.
Отклонение фактического значения освещенности от нормированного определяется по формуле
=100(Ефакт − ЕН) / ЕН, (7.13)
где − отклонение фактического значения освещенности от нормированного,%.
Коэффициент запаса в формуле (7.8) учитывает запыленность и старение ламп, регламентируется СНиП 23-05-95 и ОСТ 32.120-98 (табл. 7.16) [14].
Коэффициент неравномерной освещенности рекомендуется принимать [15]:
для ламп накаливания, ДРЛ и ДРИ Z = 1,15,
для люминесцентных ламп Z = 1,1.
Таблица 7.16
Коэффициенты запаса (извлечение из ОСТ 32.120-98)
|
Помещения |
Примеры помещений |
Коэффициент запаса, к |
|
Производственные помещения с воздушной средой, содержащей: а) от 1 до 5 мг/м3 пыли, дыма, копоти б) менее 1 мг/м3 пыли, дыма, копоти |
Цеха кузнечные, литейные, сварочные, сборочные, КР-1, КР-2 Цеха ТР-1, ТР-2, механические, роликовые отделения, вагонно-колесные мастерские, электромашинные цеха |
1,6 – 1,8 1,4 – 1,5 |
|
Помещения общественных и вспомогательных зданий, пассажирских зданий вокзалов с нормальными условиями среды |
Кабинеты и рабочие помещения, помещения с ВДТ и ПЭВМ, учебные помещения, лаборатории, залы совещаний, кассовые залы |
1,4 |
Коэффициент использования светового потока выбирается по табл. 7.17 [15] с учетом КСС светильника, коэффициентов отражения (табл. 7.18) потолка (п), стен (с), рабочей поверхности (р) и индекса помещений .
Индекс помещений определяется по формуле
= S / HP(А + В., (7.14)
Таблица 7.17
Коэффициенты использования светового потока
|
Тип КСС |
Значение , % |
|||||||||||
|
при п = 0,7; с = 0,5; р = 0,3 и , равном |
при п = 0,7; с = 0,5; р = 0,3 и , равном |
|||||||||||
|
0,6 |
0,8 |
1,25 |
2 |
3 |
5 |
0,6 |
0,8 |
1,25 |
2 |
3 |
5 |
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
Окончание табл. 7.17
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
|
М Д-1 Д-2 Г-1 Г-2 Г-3 Г-4 К-1 К-2 К-3 Л М Д-1 Д-2 Г-1 Г-2 Г-3 Г-4 К-1 К-2 К-3 Л |
35 36 44 49 58 64 70 74 75 76 32 32 36 42 45 55 63 68 70 72 74 32 |
50 50 52 60 68 74 77 83 84 85 49 45 48 51 56 66 72 73 78 80 83 47 |
61 58 68 75 82 85 84 90 95 96 59 55 57 65 65 80 83 81 86 91 93 57 |
73 72 84 90 96 95 90 96 104 106 71 67 66 71 78 92 91 87 92 99 101 69 |
83 81 93 101 102 100 94 100 108 110 83 74 76 90 76 96 96 91 96 103 106 79 |
95 90 103 106 109 105 99 106 115 116 91 84 85 85 84 103 100 94 100 108 170 90 |
34 36 42 48 55 62 65 69 71 73 31 23 27 33 41 48 57 62 64 68 68 24 |
47 47 51 57 64 70 71 76 78 80 46 36 40 42 48 58 65 68 73 74 76 40 |
56 56 64 71 78 79 78 83 87 90 55 45 48 52 64 72 75 74 80 84 85 49 |
66 63 75 82 86 80 83 88 95 94 65 56 55 69 76 83 83 81 86 92 93 60 |
75 73 84 89 92 90 86 91 97 99 74 65 65 75 70 86 86 83 88 93 95 70 |
86 79 92 94 96 93 87 92 100 102 83 75 73 86 88 93 90 85 90 99 99 76 |
Таблица 7.18
Приблизительное значение коэффициентов отражения
стен и потолка
|
Отражающая поверхность |
Коэффициент отражения, % |
|
Побеленный потолок; побеленные стены с окнами, закрытыми белыми шторами Побеленные стены при незанавешенных окнах; побеленный потолок в сырых помещениях; чистый бетонный и деревянный потолок Бетонный потолок в грязных помещениях; деревянный потолок; бетонные стены с окнами; стены, оклеенные светлыми обоями Стены и потолки в помещениях с большим количеством темной пыли; сплошное остекление без штор; красный кирпич неоштукатуренный; стены с темными обоями |
70 50 30 10 |
Площадь помещения определяется по формуле
S = A ·B . (7.15)
7.7 Исходные данные для расчета
искусственного освещения помещений
1 Назначение помещения.
2 Разряд зрительных работ для производственных помещений.
3 Габаритные размеры помещений.
4 Коэффициенты отражения потолка, стен, рабочей поверхности.
7.8 Последовательность расчета
искусственного освещения помещений
1 Выбирается источник света.
2 Выбирается тип светильника, для люминесцентных ламп – мощность лампы, число ламп в светильнике и тип лампы.
3 Определяется расчетная высота подвеса светильника.
4 Определяется оптимальное расстояние между светильниками или рядами люминесцентных светильников.
5 Определяется число светильников или число рядов люминесцентных светильников.
6 Выбирается нормированное значение освещенности.
7 Определяется площадь помещения.
8 Выбирается коэффициент запаса.
9 Выбирается коэффициент неравномерной освещенности.
10 Определяется индекс помещения.
11 Выбирается коэффициент использования светового потока.
12 Определяется необходимый световой поток одной лампы или одного ряда люминесцентных светильников.
13 Выбирается мощность лампы или определяется число люминесцентных светильников в одном ряду.
14 Определяется фактическое значение освещенности.
15 Определяется отклонение фактической освещенности от нормированного значения.
16 Дается заключение о соответствии освещенности требованиям СНиП 23-05-95 или ОСТ 32.120-98.
7.9 Пример расчета искусственного освещения помещения с использованием разрядных ламп высокого давления
Рассчитать общее равномерное освещение в электромашинном цехе.
Исходные данные:
потолка ρn = 50 %;
стен ρc = 50 %;
рабочей поверхности ρР = 30 %.
1 Выбираем источник света. Принимаем разрядные лампы высокого давления типа ДРЛ.
2 Выбираем тип светильника. Принимаем по табл. 7.8 светильник РСП 05 с кривой силы света (КСС) типа Д.
3 Принимаем свеc светильника hС = 0,5 м.
4 Принимаем высоту рабочей поверхности в соответствии
ОСТ 32.120-98 (табл. 7.14) hР = 0,8 м.
5 Определяем расчетную высоту подвеса светильника НР по формуле (7.3): HР = 9 – 0,5 – 0,8 = 7,7 м.
6 Определяем оптимальное расстояние между светильниками L по формуле (7.2). По табл. 7.12 для светильников с КСС типа Д принимаем λ = 1,6:
L =1,6 · 7,7 = 12,3 м.
Учитывая шаг колонн l = 6 м, принимаем L = 12 м, располагая светильники на фермах.
7 Определяем число светильников по длине помещения nА по формуле (7.4): nА = A/L ,
nА = 48/12= 4 шт.
8 Определяем число светильников по ширине помещения nВ по формуле (7.5): nВ =В/L ,
nВ = 18/12 = 1,5 шт.
Принимаем nВ = 2 шт.
9 Определяем общее число светильников по формуле (7.6):
N = 4 ∙ 2 = 8 шт.
Выбираем нормированное значение освещенности по ОСТ 32.120-98 (табл. 7.14). Для электромашинного цеха принимаем ЕН = 200 лк.
10 Определяем площадь помещения по формуле (7.15):
S = 48 · 18 = 864 м2.
11 Выбираем коэффициент запаса по табл. 7.16 K = 1,5.
12 Принимаем коэффициент неравномерной освещенности (см. п. 7.7)
Z = 1,15.
13 Определяем индекс помещения φ по формуле (7.14):
φ = 864/7,7∙(48 + 18) = 1,7.
14 Выбираем коэффициент использования светового потока η по табл. 7.17.
Для светильников с КСС типа Д при ρn = 0,5, ρc = 0,5, ρр = 0,3, индексе помещения φ = 1,7 с учетом интерполяции принимаем η = 0,67.
15 Определяем необходимый световой поток одной лампы F по формуле (7.8):
F = 200 · 864 · 1,5 · 1,5/8 · 0,67 = 55612 лм.
16 Выбираем лампу ДРЛ-1000-3 (табл. 7.3) мощностью 1000 Вт со световым потоком Fл = 59000 лм.
17 Определяем фактическое значение освещенности Eфакт по формуле (7.11):
Eфакт = 200 · 59 000/55 612 = 212 лк.
18 Определяем отклонение фактической освещенности от нормативного значения Δ по формуле (7.13):
Δ = 100(212 − 200)/200 = 6 %.
19 Фактическое значение освещенности не превышает нормированного значения более чем на 20 %, что удовлетворяет требованиям СНиП 23-05-95.
Рассчитать общее равномерное освещение в помещении бухгалтерии. В помещении используются персональные электронно-вычислительные машины (ПЭВМ).
Исходные данные:
потолка ρn = 70 %;
стен ρc = 50 %;
рабочей поверхности ρР = 30 %
1 Выбираем источник света. Принимаем наиболее экономичные лампы белого света типа ЛБ.
2 Выбираем тип светильника. Принимаем встроенные светильники типа ЛВ003-2х40-001 с двумя лампами ЛБ40с КСС типа Д.
3 Принимаем свеc светильника hС = 0 м.
4 Принимаем высоту рабочей поверхности в соответствии ОСТ 32.120-98 (табл. 7.14) hР = 0,8 м.
5 Определяем расчетную высоту подвеса светильника НР по формуле (7.3):
HР = 3,2 – 0,8 = 2,4 м.
6 Определяем оптимальное расстояние между рядами люминесцентных светильников L по формуле (7.2), по табл. (7.12) для светильников с КСС типа Д принимаем λ = 1,4:
L = 1,4 · 2,4 = 3,4 м.
7 Определяем число рядов светильников N по формуле (7.7):
N = 5,6/3,4 = 1,6.
Принимаем N = 2.
8 Выбираем нормированное значение освещенности по ОСТ 32.120-98 (табл. 7.15). Для помещений с использованием ПВЭМ принимаем
ЕН = 400 лк.
9 Определяем площадь помещения по формуле (7.15):
S = 7,2 · 5,6 = 40,3 м2.
10 Выбираем коэффициент запаса по табл. 7.16 К = 1,4.
11 Принимаем коэффициент неравномерной освещенности (см. п. 7.7) Z = 1,1.
12 Определяем индекс помещения φ по формуле (7.14):
φ = 40,3/2,4 (7,2 + 5,6) = 1,3.
13 Выбираем коэффициент использования светового потока η по табл. 7.17.
Для светильников с КСС типа Д при ρn = 0,7, ρc = 0,5, ρр = 0,3, индексе помещения φ =1,3 с учетом интерполяции принимаем η = 0,59.
14 Определяем необходимый световой поток одного ряда светильников по формуле (7.8):
F = 400 · 40,3 · 1,4 · 1,1/2 · 0,59 = 21 038 лм
15 Определяем число светильников в одном ряду по формуле (7.9). Световой поток лампы ЛБ40-1 по табл. 7.2 Fл = 3200 лм. Световой поток одного светильника с двумя лампами ЛБ40-1
Fсв = 2 · Fл = 2 · 3200 = 6400 лм.
n = 21 038/6400 = 3,3 шт.
Принимаем n = 3.
16 Определяем фактическое значение освещенности Eфакт по формуле (7.12). Фактическое значение светового потока одного ряда светильников:
Fфакт = n Fсв= 3 · 6400 = 19 200 лм,
Eфакт = 400 · 19 200/21 038 = 365лк.
17 Определяем отклонения фактической освещенности от нормированного значения Δ по формуле (7.13):
Δ = 100(365 – 400)/400 = – 8,75 %.
18 Фактическое значение освещенности меньше нормированного значения на 8,75 %, что удовлетворяет требованиям СНиП 23-05-95.
8 РАСЧЕТ ПРОЖЕКТОРНОГО ОСВЕЩЕНИЯ
ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ СТАНЦИЙ
8.1 Особенности освещения железнодорожных станций,
расчетные формулы
Одной из специфических особенностей железных дорог Российской Федерации является их круглосуточная работа. Безопасность движения поездов и маневровых передвижений, безопасность пассажиров при посадке в вагоны и высадке из вагонов, бесперебойную и безопасную работу обслуживающего персонала и охрану грузов в ночное время обеспечивают правильно спроектированные и эксплуатируемые осветительные установки.
Особенность освещения территорий станций обусловлена тем, что наружное освещение не должно влиять на отчетливую видимость сигнальных огней, тем не менее освещение должно быть достаточным, соответствовать установленным нормам и отвечать требованиям рационального расходования электроэнергии.
Осветительные установки железнодорожных станций, в частности территорий путевого развития станций, отличаются от подобных установок других открытых пространств.
При выборе способа освещения в первую очередь исходят из технических характеристик станций. К ним относят назначение путей парка или станции в целом; характер путевого развития, который определяется наличием междупутий и их взаимным расположением; наличие электрической тяги.
Опыт проектирования и эксплуатации осветительных установок станции подтверждает, что по всем показателям наилучшим способом освещения является прожекторное освещение.
Прожектор – это световой прибор дальнего действия. Особенностью конструкции прожекторных приборов, отличающих их от других световых приборов, является:
Преимущества прожекторов по сравнению со светильниками:
Основными светотехническими характеристиками прожекторов, точнее их оптических систем, являются:
8.2 Расчет прожекторного освещения
Расчет прожекторного освещения по световому потоку прожектора позволяет определить необходимое количество прожекторов для обеспечения заданной освещенности на данной территории.
Выбор типа прожектора зависит от площади освещаемых территорий и технологических процессов, выполняемых на них. Светотехнические характеристики прожекторов приведены в табл. 8.1 [17].
Таблица 8.1
Светотехнические характеристики прожекторов
|
Типы осветительного прибора |
Тип лампы |
Макси-мальная сила света, кд |
Коэффициент усиления |
Угол рассеивания, град, в плоскости |
КПД, |
|
|
горизон-тальной |
вертикаль-ной |
|||||
|
ПЗС-45 |
Г-220-1000 |
130 000 |
88 15,2 |
26 100 |
24 100 |
27 - |
|
ПЗС-35 |
Г-220-500 |
50 000 286 000 |
76 94 |
21 15 |
19 25 |
27 - |
|
ПЗС-25 |
Г-220-200 |
16 000 5400 |
72 14 |
16 15 |
12 25 |
27 - |
|
ПСМ-50-1 |
Г-220-1000 |
120 000 52 000 |
68 19,7 |
25 100 |
25 100 |
35 - |
|
ПКН-1000-1 |
КИ-220-1000-5 |
75 000 |
43 |
80 |
25 |
60 |
|
ПКН-1500-1 |
КИ-220-1500 |
110 000 |
42 |
100 |
25 |
60 |
|
ПКН-2000-1 |
КИ-220-2000-4 |
140 000 |
40 |
100 |
25 |
60 |
|
ПЗР-400-VI |
ДРЛ-400 |
19 000 |
10,5 |
60 |
60 |
45 |
|
СЖКс-20 |
ДКсТ-20000 |
320 000 |
7 |
100 |
155 |
70 |
Освещенность территорий железнодорожных станций регламентируется ОСТ 32.120-98 «Нормы искусственного освещения объектов железнодорожного транспорта» [14].
В табл. 8.2 [14] представлены нормированные значения освещенности станций.
Таблица 8.2
Нормы искусственного освещения объектов железнодорожного транспорта (извлечение из ОСТ 32.120-98)
|
Объекты |
Освещенность, лк |
Плоскость нормирования освещенности |
|
1 |
2 |
3 |
|
Сортировочные и крупные участковые станции: пути и горловины парков приема и отправления сортировочные и вытяжные пути тормозные позиции, хвостовая часть сортировочного парка, ремонтные пути, участок расцепки |
5 5 10 |
Поверхность земли − Вертикальная вдоль оси пути, горизонтальная на поверхности земли |
|
Остальные участковые станции: |
||
|
пути приема-отправления |
5 |
Поверхность земли |
|
сортировочные пути |
5 |
− |
|
сортировочные горки |
10 |
− |
|
Промежуточные станции с погрузкой-выгрузкой |
2 |
− |
|
Остальные промежуточные станции, разъезды |
1 |
− |
|
Пути пассажирских и технических станций |
5 |
Поверхность земли |
|
Междупутье на открытых путях экипировки локомотивов |
20 |
− |
|
Грузовые платформы |
20 |
Поверхность платформы |
|
Пассажирские платформы |
2 − 10 |
Поверхность земли |
Высота прожекторной мачты определяется с учетом ограничения слепимости по формуле
(8.1)
где Н – высота прожекторной мачты, м;
Imax – максимальная сила света прожектора по оптической оси, кд;
с – коэффициент, зависящий от нормы освещенности для данной территории.
Значения коэффициента с приведены в табл. 8.3.
Таблица 8.3
Значения коэффициента с
|
Норма освещенности, лк |
1 |
2 |
3 |
5 |
10 |
30 |
50 |
|
Коэффициент с |
150 |
250 |
300 |
400 |
700 |
2100 |
3500 |
После определения высоты прожекторной мачты выбирается стандартное значение, ближайшее к расчетному из ряда: 15, 21, 28, 35, 40 м.
Установка прожекторов выполняется одиночной или групповой.
В целях уменьшения затенения каждое междупутье должно освещаться с двух сторон (рис. 8.1).
|
7 |
|
6 |
|
5 |
|
4 |
|
3 |
|
2 |
|
1 |
Рис. 8.1. Схема расположения прожекторных мачт
Во избежание сплошных теней необходимо выполнение следующих условий:
, (8.2)
где в – расстояние между мачтами по ширине парка, м.
Расстояние l между прожекторными мачтами по длине парка определяем из выражения 8.3)
где l – расстояние между прожекторными мачтами, м.
Количество мачт по ширине парка определяется по формуле
(8.4)
где Nш – количество мачт по ширине парка, шт.;
В – ширина парка, м.
Количество мачт по длине парка определяется по формуле
(8.5)
где Nдл – количество мачт по длине парка, шт.;
L – длина парка, м.
Общее число прожекторных мачт определяем из выражения
(8.6)
Площадь освещаемой территории объекта определяется по формуле
(8.7)
Общее число прожекторов определяется по формуле
(8.8)
где n – общее число прожекторов;
Ен – нормированное значение освещенности, лк (табл. 8.2);
S – площадь освещаемой территории, м2;
К – коэффициент запаса, учитывающий старение ламп и окружающую среду (принимается К = 1,5);
V – коэффициент, учитывающий рельеф местности (принимается V = 1,152);
Z – коэффициент неравномерности освещения (принимается Z = 2…5).
Световой поток прожектора принимается из выражения
(8.9)
где Fл – световой поток лампы, лм (табл. 8.2) [15].
Таблица 8.4
Светотехнические характеристики источников света
|
Наименование ламп |
Тип лампы |
Мощ-ность, Вт |
Напря-жение в лампе, В |
Свето-вой поток, лм |
Световая отдача, лм/Вт |
Средняя продол-жительность горения, ч |
|
Накаливания осветительные общего назначения |
Г-220/300 Г-220-500 Г-220-750 Г-220-1000 |
300 500 750 1000 |
220 220 220 220 |
4850 8400 13 100 18 800 |
15,6 16,4 17,5 18,5 |
1000 |
|
Накаливания кварцевые галогеновые |
КГ-220-1000-5 КГ-220-1500 КГ-220-2000-4 КГ-220-5000 КГ-220-10000 |
1000 1500 2000 5000 10 000 |
220 220 220 220 220 |
22 000 33 000 44 000 110 000 220 000 |
22,0 22,0 22,0 22,0 22,0 |
2000 |
|
Ртутные дуговые высокого давления с исправленной цветностью |
ДРЛ-250 ДРЛ-400 ДРЛ-700 ДРЛ-1000-2 |
250 400 700 1000 |
140 135 140 140 |
13 500 24 000 41 000 59 000 |
42,0 48,5 47,0 50,0 |
5000 6000 3000 3000 |
|
Ртутные металлогалогено– вые |
ДРИ-250 ДРИ-400 ДРИ-700 |
250 400 700 |
120 135 140 |
19 000 35 000 60 000 |
55,0 63,0 80,0 |
3000 |
|
Дуговые ксеноновые трубчатые |
ДКсТ-10000 ДКсТ-20000 |
10 000 20 000 |
220 380 |
250 000 694 000 |
23,0 29,0 |
750 |
Для обеспечения оптимального использования светотехнических характеристик прожектора необходимо обеспечить требуемый наклон оптической оси прожектора к горизонту , град.
Схема определения оптимального угла наклона оптической оси прожектора к горизонту представлена на рис. 8.2.
Рис. 8.2. Схема определения угла наклона оптической оси прожектора
При изменении угла наклона прожектора (угла между направлением оптической оси прожектора и горизонтом) значительно изменяются освещенность, форма и площадь светового пятна.
Применение малых углов наклона оправдано в случае необходимости освещения далеко расположенных объектов или для создания освещенности в вертикальной плоскости.
При больших углах наклона световое пятно находится в непосредственной близости от основания прожекторной мачты. Затем с уменьшением угла наклона оно перемещается все дальше и дальше от мачты и приобретает эллиптическую форму.
Площадь светового пятна вначале возрастает до определенного предела, а затем начинает уменьшаться, и при некотором значении угла наклона световое пятно превращается в точку, которая по своему расположению совпадает или находится вблизи точки пересечения прожектора с освещаемой горизонтальной плоскостью.
Угол наклона прожектора, при котором площадь, ограниченная кривой одинаково заданной освещенности, имеет максимальное значение, является наиболее выгодным.
Оптимальный угол наклона определяется из следующего выражения:
(8.10)
где − оптимальный угол наклона оптической оси прожектора к горизонту, град.;
m и n – эмпирические коэффициенты, зависящие от типа прожектора.
Значения коэффициентов m и n приведены в табл. 8.5.
Таблица 8.5
Значения коэффициентов m и n
|
Тип прожектора |
Мощность лампы, Вт |
Напряжение лампы, В |
Коэффициенты |
|
|
m |
n |
|||
|
ПЗС-35 |
500 |
220 |
300 |
14 |
|
ПЗС-45 |
1000 |
220 |
400 |
6,6 |
8.3 Пример расчета прожекторного освещения
путей приемо-отправочного парка
Определить необходимое количество прожекторов для освещения путей приемо-отправочного парка станции.
Исходные данные:
1 Нормированное значение освещенности путей приемо-отправочного парка согласно ОСТ 32.120-98 Ен = 5 лк.
2 Для ограничения слепимости в установках прожекторного освещения высота прожекторной мачты определяется из выражения (8.1).
Согласно значениям, приведенным в табл. 8.1, максимальная сила света лампы Г-220-1000 Imax = 130 000 кд. Величина коэффициента с выбирается по табл. 8.3, с = 400.
м.
Выбираем высоту стандартной мачты, ближайшую к расчетной: Н = 21 м.
3 В целях уменьшения затенения мест каждое междупутье освещается с двух сторон. На основании выражения 8.2., расстояние между мачтами по ширине составит:
в = 1,35 21 = 28 м.
Расстояние между прожекторными мачтами по длине парка по формуле (8.3) составит:
l = 8 28 = 224 м.
4 Количество прожекторных мачт по ширине парка определяем по формуле (8.4):
Nш = 110/28 + 1 = 5 шт.
Количество прожекторных мачт по длине парка определяем по формуле (8.5):
Nдл = 1200/224 = 6 шт.
Общее количество прожекторных мачт определяем по формуле (8.6):
Nобщ = 5 6 = 30 шт.
Площадь парка рассчитываем по формуле (8.7):
S = 1200 110 =132 000 м2.
5 Общее количество прожекторов вычисляем по формуле (8.8):
Световой поток лампы Г-220-1000 по табл. 8.2 Fл = 18 800 лм.
Световой поток прожектора по формуле (8.9):
Fпрож = 18 800 0,75= 14 100 лм
n = 5 132 000 1,5 2,2 1,15/14 100 = 178 шт.
Таким образом, на одну прожекторную мачту приходится 178/30 = 6 прожекторов.
Оптимальный угол наклона оптической оси прожектора к горизонту определяем по формуле (8.10):
Вывод. Количество прожекторов, определенное в процессе расчета, обеспечивает нормированное значение освещенности путей приемо-отправочного парка станции.
9. Выбор канатов для грузоподъемных кранов
и СТРОПОВ
9.1 Назначение и конструктивное исполнение канатов и стропов
Основными причинами аварий грузоподъёмных кранов являются: неправильная установка крана на участке работ; нарушения крепления узлов и механизмов крана; неправильная регулировка тормозов, неисправность тормозов; неисправность или отказ грузовых, стреловых канатов; применение некачественных или не соответствующих проекту канатов; неправильная регулировка или отказ приборов и устройств безопасности; перегрузка крана; неудовлетворительное качество сварных соединений, допущенное при ремонте, монтаже и изготовлении крана; низкое качество стали, применяемой при изготовлении и ремонте ответственных металлоконструкций крана [19].
На предприятиях и стройках при эксплуатации грузоподъемных кранов на протяжении ряда лет происходят аварии и несчастные случаи по причине обрывов стальных канатов.
Грузоподъемные краны снабжены блочно-канатными системами. Передача тяговых усилий от барабана лебедки к грузозахватному органу при подъеме или опускании груза осуществляется стальными канатами. Последние работают с относительно высокими скоростями, различной по величине и характеру приложения нагрузкой, испытывают большое количество перегибов при обегании блоков и навивке на барабан.
Канаты для подъема и опускания стрелы (стреловые канаты) в процессе эксплуатации кранов подвергаются воздействию различных неблагоприятных факторов: растяжению, изгибу, скручиванию, внезапным динамическим нагрузкам, абразивному износу (истиранию), коррозионному воздействию и т. п., что в конечном итоге ведет к снижению их прочности и уменьшению ресурса.
На кранах в качестве грузовых, стреловых, вантовых, тяговых и др. могут применяться стальные проволочные канаты с органическим или металлическим сердечником, изготовленные и испытанные в соответствии с техническими требованиями ГОСТ 3241—91* «Канаты стальные. Технические требования».
Согласно данному стандарту канаты изготовляются из светлой или оцинкованной проволоки марок В, I и II с органическим, металлическим сердечником или сердечником из искусственных материалов (пластмасс и пр.). Канаты могут быть различных типов и конструкций в зависимости от числа проволок в прядях и прядей в канате, расположения проволок и прядей по площади поперечного сечения каната, вида и направления свивки проволок и прядей, формы поперечного сечения каната и пр.
На кранах в качестве грузовых, стреловых канатов и для изготовления стропов обычно применяют многопрядные канаты, изготовленные из проволок разного диаметра.
Промышленностью выпускаются канаты крестовой и односторонней свивки. В первом случае направления свивки проволоки в прядях и прядей в канате разные, во втором случае — одинаковые. При односторонней свивке канаты обладают большей гибкостью и лучше сопротивляются износу, чем при крестовой, однако они более склонны к закручиванию, вследствие чего не пригодны для поднятия грузов, подвешенных к одному концу каната.
В соответствии с ГОСТ канаты бывают с точечным касанием (ТК) проволок между слоями (проволоки одного слоя касаются проволок смежных слоев в одной точке) и с линейным касанием (ЛК) проволок между слоями (проволоки одного слоя касаются проволок смежных слоев по всей длине проволоки).
Линейное касание проволок значительно повышает гибкость каната и уменьшает истирание проволок при эксплуатации. Основное преимущество канатов ЛК по сравнению с канатами ТК заключается в сочетании гибкости с высокой износоустойчивостью и большей прочностью при одинаковых прочих условиях. Учитывая данные свойства, канат ЛК следует в первую очередь применять на кранах и подъемных механизмах.
По способу свивки различают канаты раскручивающиеся и нераскручивающиеся. В первых канатах пряди и проволоки не сохраняют своего положения после снятия перевязок, во вторых — сохраняют.
Завод, изготовляющий канат, снабжает его сертификатом (паспортом) с указанием назначения каната, его номинального диаметра, длины и массы, вида покрытия проволоки, направления свивки каната и сочетания направлений свивки его элементов, способа свивки и степени крутимости каната, а также результатов механических испытаний и других сведений.
В случае получения канатов, не снабженных сертификатом, их необходимо подвергнуть испытаниям в соответствии с ГОСТ 3241—91*, для чего от каждого каната следует отрезать образец длиной 1 м — для канатов из светлой проволоки, 1,5 м — для канатов из оцинкованной проволоки. Для проверки разрывного усилия каната в целом отбирается специальный образец. Канаты, не снабженные свидетельством об их испытании, применять недопустимо.
При эксплуатации кранов и электроталей используют канаты из светлой проволоки марки В или I с органическим сердечником. Канаты из проволоки марки II могут применяться для изготовления стропов. Их следует устанавливать на кранах лишь в исключительных случаях, когда нет канатов из проволоки марок В и I, обладающих более высокими механическими качествами, и при условии, что коэффициент запаса прочности будет не меньше установленного Правилами.
При работе кранов, служащих для транспортировки расплавленного и раскаленного металла, могут применяться канаты с металлическим и органическим сердечником. В последнем случае требуется более надежная защита каната от воздействия высокой температуры. Устанавливать на такие краны канаты из проволоки марки II не разрешается.
Если необходимо, чтобы при работе канат был навит на барабан в несколько слоев, рекомендуется применять канаты с металлическим сердечником, предохраняющим нижние слои от сминания верхними.
На кабельных кранах для оттяжек опор и подвески электропроводов должны использоваться канаты из оцинкованной проволоки без органического сердечника. Такие канаты применяют также, если в процессе эксплуатации они подвергаются усиленной коррозии, или в случаях, когда исключена возможность их периодической смазки.
Промышленность выпускает канаты с временным сопротивлением разрыву от 1200 до 2600 МПа. При проектировании кранов обычно выбирают канаты с временным сопротивлением разрыву, равным 1800 МПа.
Для обеспечения расчетных запасов прочности могут применяться канаты с плетеным металлическим сердечником. Эти канаты предпочтительны также при многослойной навивке каната на барабан.
Наименьший допустимый коэффициент запаса прочности каната К зависит от рода привода и режима работы крана. Для грузовых и стреловых кранов с машинным приводом значение К должно быть не менее 5 – при легком (Л); 5,5 – при среднем (С) и 6 – при тяжелом (Т) и весьма тяжелом (ВТ) режимах работы. У кранов с ручным приводом механизмов канаты рассчитываются со значением К не менее 4,5.
Действительное разрывное усилие каната обычно указывается в сертификате (паспорте) каната. В случаях, когда в паспорте вместо действительного разрывного усилия каната указана величина так называемого суммарного разрывного усилия Рсумм (сумма разрывных усилий отдельных проволок, из которых состоит канат), канат рассчитывают по суммарному разрывному усилию, умноженному на коэффициент ослабления каната свивкой. Среднее значение этого коэффициента принимается равным 0,83.
Грузовые канаты на кранах, предназначенных для подъема и транспортировки расплавленного металла, жидкого шлака, ядовитых и взрывчатых веществ, должны выбираться с коэффициентом запаса прочности не менее 6.
Стальные канаты, изготавливаемые из круглой поволоки, подразделяются по ряду признаков:
По числу ветвей канатные стропы разделяют на одноветвевые, двухветвевые, трехветвевые, четырехветвевые, кольцевые, петлевые; цепные стропы одноветвевые, двухветвевые, трехветвевые, четырехветвевые и универсальные. Простые стропы применяют для навешивания грузов, имеющих специальные приспособления (петли, крюки, рым-болты и т. п.), универсальные — для строповки грузов обвязкой.
Одноветвевой строп с крюком или другим захватным органом обычно применяют и для захвата грузов, снабженных монтажными петлями или проушинами, скобами и т. п.
Многоветвевые стропы (рис. 9.1) применяют для подъема и перемещения станков, аппаратов, строительных деталей и конструкций, имеющих 2, 3 или 4 точки крепления. Широкое применение они получили для строповки элементов зданий (панелей, блоков, ферм и т. п.), снабженных петлями или проушинами. При использовании многоветвевого стропа нагрузка должна передаваться на все ветви равномерно, что обеспечивается вспомогательными соединениями.
Рис. 9.1. Канатный строп четырехветвевой:
I − IV- ветви каната;
1 − подвеска; 2 – коуш; 3 – заплетка; 4 – канат; 5 – крюк; 6 – замок (защелка)
Универсальные стропы применяют при подъеме груза, обвязка которого обычными стропами невозможна (трубы, доски, металлопрокат, аппараты и т. п.).
Расчет стропов из стальных канатов с учетом числа ветвей канатов и угла наклона их к вертикали выполняют в соответствии с РД 10-33-93 (с изм. № 1 (РД 10-231-98)).
Стальные канаты, применяемые для изготовления стропов, должны иметь сертификат (свидетельство), в котором кроме других сведений должны быть указаны: диаметр каната, его назначение, марка, вид покрытия, направление свивки, сочетание направлений свивки, способ свивки, степень крутимости, маркировочная группа, диаметр проволоки, суммарное разрывное усилие, дата приемки и другие требования, предусмотренные сертификатом, в соответствии с которым изготовлен канат.
Важным условием обеспечения надежности стропов при их использовании для подъема и перемещения грузов является прочность канатных ветвей. Стропы в процессе работы подвергаются сложным статическим и динамическим нагрузкам, ударам, истиранию, коррозии и другим механическим и атмосферным воздействиям. В результате их прочность нарушается. Поэтому коэффициент запаса прочности канатов по отношению к нагрузке отдельной ветви стропа должен при проектировании стропов устанавливаться не менее 6.
С помощью грузозахватных приспособлений (чалочных устройств) груз подвешивается к крюку крана. Они должны быть легкими и прочными, соответствовать характеру транспортируемого краном груза и исключать самопроизвольную его отцепку.
При транспортировке грузов кранами применяются съемные грузозахватные приспособления различных конструкций с ручной зацепкой (обвязкой) груза или с автоматическим (полуавтоматическим) захватом его. Предпочтительно применение автоматических захватов, обеспечивающих безопасную и высокопроизводительную работу кранов, без присутствия в зоне перемещения грузов специальных рабочих (стропальщиков).
В связи с этим отдельным постановлением Госгортехнадзора предложено всем руководителям предприятий и организаций, имеющим грузоподъемные краны, разработать технологию погрузки, транспортировки, разгрузки и складирования грузов с помощью автоматических захватных устройств, для чего организовать их проектирование, изготовление и испытание.
При ручной строповке груза необходимо применять инвентарные стропы и захваты. Наибольшее распространение для ручной строповки грузов получили канатные или цепные стропы с крюками, кольцами, эксцентриковыми захватами и другими приспособлениями на концах, универсальный строп (кольцевой и двухпетлевой), клещевые захваты, траверсы с петлями, скобами, крючьями и т. п. для захвата груза.
Канатные и цепные стропы имеют в своем составе навесные и грузозахватные звенья. С помощью навесного звена стропы навешиваются на крюк крана.
В стропах для перемещения грузов в условиях производства строительно-монтажных работ широко применяется навесное звено, (рис. 9.2).
Рис. 9.2. Звено разъемное:
1 – скоба; 2 – ограничитель; 3 – планка; 4 – болт; 5 – гайка; 6 – шплинт.
В качестве грузозахватных звеньев применяются крюки, карабины, эксцентриковые и другие захваты.
Универсальные стропы (рис. 9.3) звеньев не имеют и применяются для строповки грузов с обхватом, который выполняется «в люльку» (рис. 9.4) или «на удав» (рис. 9.5).
Рис. 9.3. Стропы универсальные:
а – кольцевой; б – двухпетлевой
Рис. 9.4. Обхват груза «в люльку»:
а – кольцевым стропом; б − двухпетлевым стропом
Рис. 9.5. Обхват груза «на удав»
Для уменьшения износа стропов и обеспечения более надежного затягивания петли при работе с обхватом груза «на удав» применяются стропы со встроенным роликом, снижающим потери на трение и облегчающим работу по застроповке и расстроповке груза.
Мелкоштучные грузы (кирпич, мелкое литье, мелкие детали машин), а также сыпучие или жидкие грузы транспортируют кранами в специальной таре (контейнерах, поддонах, ящиках, бадьях, ковшах и т. п.).
Разрешения органов технадзора на проектирование и изготовление съемных грузозахватных приспособлений не требуется.
Конструкция грузозахватных приспособлений согласованию с Ростехнадзором не подлежит. За качество проекта и изготовления съемных грузозахватных приспособлений, а также за соответствие их Правилам [20] несет ответственность организация, выполнявшая соответствующую работу.
В случае применения сварки при изготовлении грузозахватных приспособлений и тары в документации (нормалях, технологических картах, чертежах) должны содержаться указания по ее выполнению и контролю качества. Требования к материалу, сварке и контролю качества при изготовлении грузозахватных приспособлений и тары Правилами [20] не регламентированы. В связи с этим материалы, способы сварки, методы контроля сварных соединений и браковочные показатели устанавливаются организацией, разрабатывающей техническую документацию на их изготовление.
Качество использованных при изготовлении материалов (канатов, цепей, поковок и т. п.) должно быть подтверждено сертификатами завода — поставщика материала.
Сведения об изготовленных съемных грузозахватных приспособлениях и таре заносятся в журнал их учета. В этом журнале должны быть указаны наименование грузозахватного приспособления или тары, грузоподъемность, номер стандарта, нормали (технологической карты, чертежа), номера сертификатов на примененный материал, результаты проверки качества сварки, результаты испытания грузозахватного приспособления или осмотра тары.
Все вновь изготовленные или подвергнутые ремонту съемные грузозахватные приспособления (стропы, траверсы, клещи и т. п.) должны быть испытаны и промаркированы. Испытание производится нагрузкой, в 1,25 раза превышающей их номинальную грузоподъемность.
Тара после изготовления должна подвергаться осмотру. Испытание тары грузом не обязательно и обычно не производится.
При испытании стропов общего назначения ветви их должны быть расположены по отношению друг к другу под углом 90° (рис. 9.6). Допускается аналитический перерасчет на прямолинейное растяжение. Например, грузоподъемность стропа при угле между ветвями 90° составляет 5 тс (50 000 Н). При испытании стропа при этом угле испытательная нагрузка должна быть на 25 % больше его грузоподъемности.
Рис. 9.6. Угол между ветвями строп
При испытании стропа с вертикальным расположением ветвей указанную испытательную нагрузку следует увеличить в 1,42 раза.
Испытание грузозахватных приспособлений под нагрузкой производится с помощью кранов с использованием специальных грузов известной массы или на специальных стендах, на которых испытательная нагрузка создается путем натяжения с помощью механического или гидравлического привода.
Время испытания не нормировано и может быть принято при массовом изготовлении стропов менее 3 мин, при единичном изготовлении 10 мин.
При маркировке на съемное грузозахватное приспособление или прочно прикрепленную к нему бирку наносят его порядковый номер, грузоподъемность и дату испытания. Грузоподъемность стропов общего назначения указывается при угле между ветвями 90°. Грузоподъемность стропов целевого назначения, предназначенных для подъема определенного груза, указывается при угле между ветвями, принятом при расчете.
Съемные грузозахватные приспособления, изготовляемые для сторонних организаций, кроме маркировки, должны снабжаться паспортом, в котором указывается наименование предприятия-изготовителя, приводится эскиз изделия, его наименование, порядковый номер, сведения о примененных материалах, номер ГОСТ, нормали или чертежа, по которому приспособление изготовлялось, результаты и дата испытания.
В процессе эксплуатации съемных грузозахватных приспособлений владелец должен периодически их осматривать в установленные сроки, но не реже чем:
− через каждые шесть месяцев при осмотре траверс;
− через один месяц при осмотре клещей и других захватов;
9.2 Исходные данные для расчета каната для грузоподъемных кранов
1 Номинальная грузоподъемность крана.
2 Характеристики полиспаста: тип, кратность, вид подшипника, установленного в блоках полиспаста.
9.3 Исходные данные для расчета стропов
1 Масса поднимаемого груза.
2 Угол наклона ветви стропа.
9.4 Последовательность расчета канатов
1 Определяется максимальное натяжение каната.
2 Определяется значение коэффициента запаса прочности каната.
3 Определяется необходимое разрывное усилие с учетом запаса прочности.
4 Выбирается диаметр каната по ГОСТу.
9.5 Пример расчета каната для грузоподъемного крана
Подобрать канат для грузоподъемного крана грузоподъемность Q = 10 т (100 000 Н), работающего в среднем режиме, на котором с целью обеспечения вертикального подъема груза и создания равномерной нагрузки на ходовые колеса применяется сдвоенный (а = 2) полиспаст с кратностью m = 3. В блоках полиспаста используются подшипники качения.
Все канаты перед применением их на кране должны быть проверены по формуле
, (9.1)
где Smax – наибольшее натяжение каната под действием груза, Н;
P – действительное разрывное усилие каната, Н;
K – коэффициент запаса прочности, значение которого зависит от режима работы машины (Л – 5; C – 5,5; Т – 6; ВТ – 6,5).
Для грузоподъемных кранов
, (9.2)
где Q – грузоподъемность крана, Н;
а – тип полиспаста;
m – кратность полиспаста;
– КПД подшипника, установленного в блоке полиспаста (качения – 0,97 … 0,98; скольжения – 0,95 … 0,96).
1 Определяем максимальное натяжение каната сдвоенного полиспаста при подъеме груза по формуле
Н,
отсюда
.
2 Определяем необходимое разрывное усилие с учетом запаса прочности:
Н,
по ГОСТ 3077—80 (табл. 9.1) [21] выбираем канат двойной свивки типа ЛК 6 19=114 диаметром 15 мм, имеющий при расчетном пределе прочности при растяжении, равном 1400 МПа, разрывное усилие P = 139 500 Н.
9.6 Пример расчета каната для стропа
Подобрать канат для изготовления стропа с четырьмя ветвями для подъема груза массой 5 т (50 000 Н). Угол наклона ветви стропа принять 45°.
Максимальное натяжение каната при подъеме груза:
, (9.3)
где G — масса поднимаемого груза, Н;
n — число ветвей стропа;
— угол наклона ветви стропа (не больше 45°), рис. 9.7.
Рис. 9.7 Схема для расчета стропов.
9.7.1 Определяем максимальное натяжение каната при подъеме груза:
Н.
9.7.2 Определяем необходимое разрывное усилие с учетом запаса прочности:
Н,
из ГОСТ 3077–80 (табл. 9.1) выбираем канат двойной свивки типа ЛК 6 19 = 114 диаметром 15 мм, имеющий при расчетном пределе прочности при растяжении равном 1400 МПа, разрывное усилие P =139500 Н [21].
Таблица 9.1
Техническая характеристика стальных канатов
|
Диаметр каната, мм |
Масса 100 м смазанного каната, кг |
Маркировочная группа по временному сопротивлению разрыву, МПа |
|||
|
1400 |
1600 |
1700 |
1800 |
||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
Продолжение табл. 9.1
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
Канат типа ТК 6 19 (1+6+12) + 1 о. с. (ГОСТ 3070—74) |
|||||
|
11 |
43,3 |
52 550 |
60 050 |
63 850 |
65 800 |
|
14,5 |
71,5 |
86 700 |
99 000 |
105 000 |
108 000 |
|
17,5 |
107 |
129 000 |
147 500 |
157 000 |
161 500 |
|
19,5 |
127,5 |
154 500 |
176 500 |
187 500 |
193 500 |
|
21 |
149,5 |
181 000 |
207 000 |
220 000 |
227 000 |
|
22,5 |
173,5 |
210 000 |
240 000 |
255 000 |
263 000 |
|
24 |
199 |
241 000 |
275 500 |
292 500 |
302 000 |
|
27 |
255,5 |
309 500 |
354 000 |
376 000 |
387 500 |
|
29 |
286 |
347 000 |
396 500 |
421 500 |
434 000 |
|
32 |
353 |
428 000 |
489 500 |
520 000 |
536 000 |
|
35 |
427 |
518 000 |
592 000 |
614 500 |
648 000 |
|
38,5 |
508 |
616 000 |
704 000 |
748 000 |
771 000 |
|
Канат типа ТК 6 37 (1+6+12+18) + 1 о. с. (ГОСТ 3071—74) |
|||||
|
9 |
27,35 |
— |
36 850 |
39 150 |
41 450 |
|
11,5 |
42,7 |
— |
57 500 |
61 050 |
62 550 |
|
13,5 |
61,35 |
— |
82 400 |
87 700 |
89 600 |
|
15 |
83,45 |
98 400 |
112 000 |
119 000 |
122 000 |
|
18 |
109 |
128 000 |
146 500 |
155 500 |
159 500 |
|
20 |
138 |
162 000 |
185 500 |
197 000 |
202 000 |
|
22,5 |
170,5 |
200 000 |
229 000 |
243 500 |
249 000 |
|
24,5 |
206 |
242 500 |
277 000 |
294 500 |
301 500 |
|
27 |
245,5 |
289 000 |
330 500 |
351 000 |
360 000 |
|
29 |
288 |
339 000 |
387 500 |
412 000 |
422 000 |
|
31,5 |
334 |
393 500 |
449 500 |
478 000 |
489 500 |
|
33,5 |
383,5 |
451 500 |
516 500 |
548 500 |
561 500 |
|
36,5 |
436 |
514 000 |
Б87 500 |
624 000 |
639 500 |
|
38 |
492 |
580 000 |
662 500 |
704 000 |
721 500 |
|
39,5 |
551,5 |
650 000 |
743 000 |
789 500 |
808 500 |
|
Канат типа ЛКР 6 19 = 114 (ГОСТ 2688—80) |
|||||
|
9,1 |
306 |
__ |
42 350 |
45 350 |
46 400 |
|
11 |
461,6 |
__ |
64 150 |
68 150 |
70 250 |
|
13 |
596 |
72 550 |
82 950 |
88 100 |
90 850 |
|
15 |
844,5 |
102 500 |
117 000 |
124 500 |
128 500 |
|
18 |
1220 |
148 000 |
169 500 |
180 000 |
185 500 |
|
19,5 |
1405 |
170 500 |
195 000 |
207 500 |
213 500 |
|
21 |
1635 |
198 500 |
227 000 |
241 000 |
248 500 |
|
22,5 |
1850 |
224 500 |
256 500 |
272 500 |
281 000 |
Окончание табл. 9.1
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
24 |
2110 |
256 000 |
293 000 |
311 000 |
320 500 |
|
28 |
2911 |
354 000 |
404 500 |
430 000 |
433 000 |
|
30,5 |
3490 |
610 000 |
485 000 |
515 000 |
531 000 |
|
32 |
3845 |
424 000 |
534 500 |
567 500 |
585 000 |
|
37 |
5016 |
467 500 |
697 000 |
740 500 |
763 500 |
|
39,5 |
5740 |
698 000 |
797 500 |
847 500 |
873 500 |
|
Канат типа ЛК 6 19 = 114 (ГОСТ 3077—80) |
|||||
|
11,5 |
487 |
— |
67 500 |
71 750 |
73 950 |
|
13 |
597,5 |
— |
82 850 |
88 050 |
90 750 |
|
15 |
852,5 |
139 500 |
118 000 |
125 500 |
129 500 |
|
17,5 |
1155 |
— |
159 500 |
169 500 |
175 000 |
|
19,5 |
1370 |
1 666 000 |
189 500 |
201 500 |
208 000 |
|
22 |
1745 |
211 500 |
241 500 |
256 500 |
264 500 |
|
25,5 |
2390 |
290 000 |
331 500 |
352 000 |
363 000 |
|
28 |
2880 |
349 000 |
399 000 |
424 000 |
437 000 |
|
32,5 |
3990 |
484 000 |
553 000 |
587 500 |
605 000 |
|
Канат типа ТЛК 637 = 222 (ГОСТ 3079—80) |
|||||
|
15,5 |
851,5 |
— |
116 000 |
123 500 |
127 000 |
|
17 |
1065 |
— |
145 000 |
154 500 |
159 000 |
|
19,5 |
1450 |
161 000 |
184 000 |
195 500 |
201 500 |
|
21,5 |
1670 |
199 000 |
227 500 |
242 000 |
249 500 |
|
25 |
2245 |
268 000 |
306 500 |
325 500 |
335 500 |
|
29 |
3015 |
360 500 |
412 000 |
437 500 |
451 000 |
|
30,5 |
3405 |
407 000 |
465 000 |
494 000 |
509 500 |
|
33 |
3905 |
466 500 |
533 000 |
566 500 |
583 500 |
|
35 |
4435 |
530 000 |
605 500 |
643 500 |
653 500 |
|
39 |
5395 |
645 000 |
737 000 |
783 000 |
807 500 |
10 Расчет МОЛНИЕЗАЩИТЫ зданий и сооружений
10.1 Назначение, область применения, категории
и типы молниезащиты
Молниезащита включает комплекс мероприятий и устройств, предназначенных для обеспечения безопасности людей, предохранения зданий, сооружений, оборудования и материалов от взрывов, загораний и разрушений, возможных при воздействии молнии. Проектирование и изготовление молниезащиты должны выполняться с учетом норм и требований Руководящего документа РД 34.21.122-87 [22], который распространяется на новые, реконструируемые и расширяемые здания и сооружения. Нормы и требования не распространяются на проектирование и устройство молниезащиты линий электропередач, контактных сетей, а также зданий и сооружений, эксплуатация которых связана с применением, производством или хранением взрывчатых веществ.
В соответствии с назначением зданий и сооружений необходимость выполнения молниезащиты, ее категория, а при использовании стержневых и тросовых молниеотводов – тип зоны защиты определяются по табл. 10.1 [3] в зависимости от среднегодовой продолжительности гроз, а также от ожидаемого количества поражений здания или сооружения молнией в год.
Таблица 10.1
Категории молниезащиты и типы зон защиты
|
Здания и сооружения (класс) |
Местоположение |
Типы зон защиты при использовании стержневых и тросовых молниеотводов |
Катего- рия молние-защиты |
|
Здания и сооружения или их части, которые согласно Правилам устройства электро-установок (ПУЭ) относятся к зонам классов В-I и B-II Здания и сооружения или их части, которые согласно ПУЭ относятся к зонам классов В-Iа, В-Iб, В-IIа Наружные установки, создающие согласно ПУЭ зону класса В-Iг Здания и сооружения или их части, которые согласно ПУЭ относятся к зонам классов П-I, П-II, П-IIа |
На всей территории РФ В местностях со средней продолжительностью гроз 10 ч/год и более На всей территории РФ В местностях со средней продолжительностью гроз 20 ч/год и более |
Зона А При ожидаемом количестве поражений молнией в год здания или сооружения: при N>1 – зона А; при N1 – зона Б Зона Б Для зданий и сооружений I и II степени огнестойкости при 0,1 < и для III, IV, V степени огнестойкости при 0,02 < − зона Б; при N>2 – зона А |
I II II |
|
III |
|||
|
Наружные установки, открытые склады, создающие согласно ПУЭ зону класса П-III |
То же |
При 0,1 < − зона Б При N > 2 – зона А |
III |
Окончание табл.10.1
|
Здания и сооружения III, IV, V степени огнестойкости (в том числе здания из легких металлоконструкций с покрытием, имеющим сгораемый утеплитель), в которых отсутствуют помещения, относимые по ПУЭ к зонам взрыво- и пожароопасных классов Здания вычислительных центров |
То же То же |
При 0,1 < − зона Б При N > 2 – зона А Зона Б |
III II |
Примечания: 1 Зона защиты типа А обладает надежностью 99,5 % и выше, типа Б – 95 % и выше.
2 Устройства молниезащиты обязательны при одновременном выполнении условий, указанных в таблице.
Ожидаемое количество поражений молнией в год зданий и сооружений прямоугольной формы определяется по формуле
. (10.1)
Для сосредоточенных зданий и сооружений (башен, вышек, дымовых труб)
, (10.2)
где S, L – соответственно ширина и длина зданий, м; для зданий и сооружений сложной конфигурации в плане при расчете N в качестве S и L принимаются ширина и длина наименьшего описанного прямоугольника;
− наибольшая высота здания или сооружения, м;
n – среднегодовое число ударов молнии в 1 км2 земной поверхности (удельная плотность ударов молнии в землю) в месте расположения здания или сооружения.
Значения n в зависимости от среднегодовой продолжительности гроз приведены в табл. 10.2.
Таблица 10.2
Удельная плотность ударов молнии в землю
|
Среднегодовая продолжительность гроз, ч |
10−20 |
20−40 |
40−60 |
60−80 |
80−100 |
100 и более |
|
n |
1 |
2 |
4 |
5,5 |
7 |
8,5 |
Средняя за год продолжительность гроз в отдельных регионах и промышленных центрах РФ определяется либо по карте (см. РД 34.21.122-87) [22], либо по утвержденным для некоторых областей региональным картам продолжительности гроз, либо по средним многолетним (порядка 10 лет) данным метеостанций, ближайших от места нахождения здания или сооружения.
Укрупненные данные о среднегодовой продолжительности гроз приведены ниже:
Анадырь, Верхоянск, Магадан, Мурманск, Норильск, Петропавловск-Камчатский, Хатанга, Южно-Сахалинск – менее 10;
Архангельск, Астрахань, Игарка – от 10 до 20;
Иркутск, Казань, Калининград, Киров, Комсомольск-на-Амуре, Красноярск, Ленинград, Москва, Петрозаводск, Ульяновск, Хабаровск – от 20 до 40;
Барнаул, Волгоград, Горький, Кемерово, Куйбышев, Минск, Новгород, Новосибирск, Омск, Псков, Ростов-на-Дону, Свердловск, Симферополь, Тула, Уфа, Челябинск, Чита – от 40 до 60;
Краснодар, Курск, Орел, Смоленск – от 60 до 80;
Майкоп – более 100.
Здания и сооружения, отнесенные к I и II категориям молниезащиты, должны быть защищены от прямых ударов молнии, вторичных появлений молнии и заноса высокого потенциала через наземные, надземные и подземные металлические коммуникации. Здания и сооружения, отнесенные к III категории молниезащиты, должны быть защищены от прямых ударов молнии и заноса высокого потенциала через наземные и надземные металлические коммуникации.
Для зданий и сооружений, совмещающих в себе помещения I и II или I и III категории молниезащиты, необходимо, как правило, выполнять молниезащиту по I категории. Если площадь помещений I категории молниезащиты составляет менее 30 % площади всех помещений здания, то молниезащиту всего здания допускается выполнять по II категории независимо от категории остальных помещений. При этом на вводе в помещения I категории должна быть предусмотрена соответствующая этой категории защита от заноса высокого потенциала по надземным и подземным металлическим коммуникациям.
Для зданий и сооружений, совмещающих помещения II и III категории молниезащиты, необходимо, как правило, выполнять молниезащиту по II категории. Если площадь помещений II категории менее 30 % площади всех помещений здания, то молниезащиту всего здания допускается выполнять по III категории, предусмотрев при этом защиту от заноса высокого потенциала в помещения II категории по всем коммуникациям в соответствии с требованиями, установленными для II категории зданий и сооружений.
Для зданий и сооружений, более 70 % площади которых составляют помещения, не подлежащие молниезащите, а остальную часть составляют помещения I, II или III категории молниезащиты, должна быть предусмотрена защита только от заноса высоких потенциалов по металлическим коммуникациям, устройство которой необходимо выполнять с учетом категории молниезащиты.
Наружные установки, отнесенные ко II категории молниезащиты, должны быть защищены от прямых ударов и вторичных проявлений молний, а наружные установки III категории молниезащиты – от прямых ударов молнии.
При определении размеров и формы зоны защиты необходимо учитывать высоту и форму в плане защищаемого здания или сооружения.
При наличии на зданиях и сооружениях I категории молниезащиты прямых газоотводящих или дыхательных труб для свободного отвода в атмосферу газов, паров и взвесей взрывоопасной концентрации в зону защиты молниеотводов должно входить пространство над обрезом труб, ограниченное радиусом 5 м. Для газоотводных и дыхательных труб, оборудованных колпаками, в зону защиты молниеотводов должно входить пространство над обрезом труб, ограниченное цилиндром высотой H и радиусом R:
Указанные требования к размерам зон защиты распространяются и на наружные установки или резервуары II категории молниезащиты, имеющие газоотводные или дыхательные трубы.
Защите от прямых ударов молнии подлежат также дыхательные клапаны и пространство над ними, ограниченное цилиндром высотой 2,5 м и радиусом 5 м. Для резервуаров с плавающими крышками или понтонами в зону защиты молниеотвода должно входить пространство, ограниченное поверхностью, любая точка которого удалена на 5 м от легковоспламеняющейся жидкости (ЛВЖ) в кольцевом зазоре.
Для защиты от вторичных проявлений молний:
Защита от заноса высокого потенциала по подземным коммуникациям достигается за счет их присоединения на вводе в здание или сооружение к заземлителю защиты от прямых ударов молнии.
Защита от заноса высокого потенциала по внешним надземным или наземным коммуникациям обеспечивается путем их присоединения на вводе в здание или сооружение к заземлителю защиты от прямых ударов молнии, на ближайшей к вводу опоре коммуникации – к ее железобетонному фундаменту, а при невозможности использования фундамента – к искусственному заземлителю, состоящему из одного вертикального или горизонтального электрода длиной не менее 5 м.
Защита от заноса высокого потенциала по воздушным линиям электропередач, сетям телефона, радио и сигнализации выполняется так же, как и в зданиях и сооружениях I категории молниезащиты.
10.2 Зоны защиты молниеотводов
10.2.1 Одиночный стержневой молниеотвод
Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода высотой h представляет собой круговой конус (рис. 10.1), вершина которого находится на высоте h0 < h. На уровне земли зона защиты образует круг радиусом r0. Горизонтальное сечение зоны защиты на высоте защищаемого сооружения hx представляет собой круг радиусом rx.
Рис. 10.1. Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода:
1 − граница зоны защиты на уровне hx; 2 – то же на уровне земли
Зоны защиты одиночных стержневых молниеотводов м имеют следующие габаритные размеры:
зона А: h0 = 0,85h; r0 = (1,1 − 0,002h)h; rx = (1,1 − 0,002h)(h-hx/0,85);
зона Б: h0 = 0,92h; r0 = 1,5h; rx = 1,5(h-hx/0,92).
Для зоны Б высота одиночного стержневого молниеотвода при известных значениях hx и rx может быть определена по формуле
h = (rx + 1,63 hx)/1,5.
10.2.2 Двойной стержневой молниеотвод
Зона защиты двойного стержневого молниеотвода высотой м представлена на рис. 10.2. Торцевые области зоны защиты определяются как зоны одиночных стержневых молниеотводов, габаритные размеры которых h0, r0, rx1, rx2 определяются по формулам п. 10.2.1 для обоих типов зон защиты.
Внутренние области зон защиты двойного стержневого молниеотвода имеют следующие габаритные размеры:
Зона А:
при
; ; ;
при h <
;
; ;
при 2h <
;
;
.
При расстоянии между стержневыми молниеотводами L > 4h для построения зоны А молниеотводы следует рассматривать как одиночные.
Рис. 10.2. Зона защиты двойного стержневого молниеотвода:
1 – граница зоны защиты на уровне hх1; 2 – то же на уровне hх2 ;
3 – то же на уровне земли
Зона Б:
при
; ; ;
при h <
; ; .
При расстоянии между стержневыми молниеотводами L > 6h для построения зоны Б молниеотводы следует рассматривать как одиночные.
При известных значениях и L (при ) высота молниеотвода для зоны Б определяется по формуле .
Зона защиты двух стержневых молниеотводов разной высоты и ≤ 150 м приведена на рис. 10.3. Габаритные размеры торцевых областей зон защиты , , , , , определяются по формулам п. 10.2.1 как для зон защиты обоих типов одиночного стержневого молниеотвода. Габаритные размеры внутренней области зоны защиты определяются по формулам:
; ; ,
где значения и вычисляются по формулам для п. 10.3.2.
Для двух молниеотводов разной высоты построение зоны А двойного стержневого молниеотвода выполняется при , а зоны Б – при . При соответствующих больших расстояниях между молниеотводами они рассматриваются как одиночные.
Рис. 10.3. Зона защиты стержневых молниеотводов разной высоты
1 − граница зоны защиты на уровне hx ; 2 – то же на уровне земли
10.2.3 Многократный стержневой молниеотвод.
Зона защиты многократного стержневого молниеотвода (рис. 10.4) определяется как зона защиты попарно взятых соседних стержневых молниеотводов высотой м.
Рис. 10.4. Зона защиты (в плане) многократного стержневого молниеотвода
1 − граница зоны защиты на уровне hx ; 2 − то же на уровне земли
Основным условием защищенности одного или нескольких объектов высотой с надежностью, соответствующей надежности зоны А и зоны Б, является выполнение неравенства > 0 для всех попарно взятых молниеотводов. В противном случае построение зон защиты должно быть выполнено для одиночных или двойных стержневых молниеотводов в зависимости от соблюдения условий п. 10.2.2.
10.2.4 Одиночный тросовый молниеотвод
Зона защиты одиночного молниеотвода высотой м приведена на рис. 10.5, где h – высота троса в середине пролета. С учетом стрелы провеса троса сечением 35…50 мм2 при известной высоте опор и длине пролета высота троса (в метрах) определяется:
при а < 120 м;
при 120 < а < 150 м.
Зона защиты одиночного тросового молниеотвода имеют следующие габаритные размеры:
Зона А:
; ;
.
Зона Б:
; ; .
Для зоны типа Б высота одиночного тросового молниеотвода при известных значениях и определяется по формуле
.
10.2.5 Двойной тросовый молниеотвод
Зона защиты двойного тросового молниеотвода высотой м приведена на рис. 10.6. Размеры , , для зон защиты А и Б определяются по соответствующим формулам п. 10.2.4. Остальные размеры зон определяются следующим образом:
Рис. 10.5. Зона защиты одиночного тросового молниеотвода
1 − граница зоны защиты на высоте hx ; 2 − то же на уровне земли
Зона А:
при
; ; ;
при h <
;
;
; ;
при 2h <
;
;
;
.
При расстоянии между тросовыми молниеотводами L > 4h для построения зоны А молниеотводы следует рассматривать как одиночные.
Зона Б:
при
; ; ;
при h <
;
;
; .
При расстоянии между тросовыми молниеотводами L > 6h для построения зоны Б молниеотводы следует рассматривать как одиночные.
При известных значениях и L (при ) высота тросового молниеотвода для зоны Б определяется по формуле
.
Рис. 10.6. Зона защиты двойного тросового молниеотвода
1 − граница зоны защиты на высоте hx1; 2 − то же на высоте hx2;
3 − то же на уровне земли
; ,
где и вычисляются по формулам для п. 10.2.5.
Далее по формулам того же п. 10.2.4 вычисляются , , .
Рис. 10.7. Зона защиты двух тросовых молниеотводов разной высоты
Высота здания – hзд = 50 м;
ширина здания – S = 45 м;
длина здания – L = 45 м.
Здание относится к III категории опасности поражения молнией и устройств молниезащиты (рис. 10.8).
Ожидаемое количество N поражений молнией в год здания, не оборудованного молниезащитой, определяем по формуле
N = ((S + 6hзд)(L + 6hзд) − 7,7 h2зд) n ·10-6,
где S − ширина здания, м;
L − длина здания, м;
hзд − высота здания, м;
n = 4 – среднее число ударов молнии в месте расположения здания для г. Ростова-на-Дону.
N = ((45 + 6·50)(45 + 6 · 50) − 7,7 · 502) · 4 · 10-6 = 0,4.
Рис. 10.8. Схема для расчета молниезащиты
Принимаем зону защиты Б.
Радиус зоны защиты по высоте здания (см. рис. 10.8)
м.
Для зоны защиты типа Б.
h0 = 0,92h
r0 = 1,5h,
hx = 50 м,
rx = 50,3 м
При известных значениях hx и rx согласно п. 10.2.1 определяем высоту молниеотвода по формуле
h = (rx + 1,63hx) / 1,5
h = (50,3 + 1,63 ∙ 50) / 1,5 = 87,9 м
r0 = 1,5 · 87,9 = 131,9 м;
h0 = 0,92 · 87,9 = 80,9 м.
Вывод: рассчитанная зона молниезащиты здания полностью соответствуют требованиям защиты объекта.
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение 1
Предельно допустимые уровни звукового давления, уровни звука
и эквивалентные уровни звука для наиболее типичных видов трудовой деятельности и рабочих мест (извлечение из СН 2.2.4/2.1.8.562-96)
|
№ п/п |
Вид трудовой деятельности, рабочее место |
Уровни звукового давления, дБ, в октавных полосах со среднегеометрическими частотами, Гц |
Уровни звука и эквивалентные уровни звука (в дБА) |
||||||||
|
31,5 |
63 |
125 |
250 |
500 |
1000 |
2000 |
4000 |
8000 |
|||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
|
1 |
Рабочие места в помещениях дирекции, проектно-конструктор- ских бюро, расчетчиков, программистов вычислительных машин |
86 |
71 |
61 |
54 |
49 |
45 |
42 |
40 |
38 |
50 |
|
2 |
Административно-управленческая деятельность, рабочие места в помещениях цехового управленческого аппарата, в рабочих комнатах конторских помещений, в лабораториях |
93 |
79 |
70 |
63 |
58 |
55 |
52 |
50 |
49 |
60 |
|
3 |
Рабочие места в помещениях диспетчерской службы, кабинетах и помещениях наблюдения и дистанционного управления с речевой связью по телефону, в помещениях мастеров, в залах обработки информации на вычислительных машинах |
96 |
83 |
74 |
68 |
63 |
60 |
57 |
55 |
54 |
65 |
Окончание прил. 1
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
|
4 |
Рабочие места за пультами в кабинах наблюдения и дистанционного управления без речевой связи по телефону, в помещениях для размещения шумных агрегатов вычислительных машин |
103 |
91 |
83 |
77 |
73 |
70 |
68 |
66 |
64 |
75 |
|
5 |
Выполнение всех видов работ (за исключением перечисленных в п.п. 1 – 4 и аналогичных им) на постоянных рабочих местах в производственных помещениях и на территории предприятий |
107 |
95 |
87 |
82 |
78 |
75 |
73 |
71 |
69 |
80 |
|
Подвижной состав железнодорожного транспорта |
|||||||||||
|
6 |
Рабочие места в кабинах машинистов тепловозов, электровозов, поездов метрополитена, дезель-поездов и автомотрис |
107 |
95 |
87 |
82 |
78 |
75 |
73 |
71 |
69 |
80 |
|
7 |
Рабочие места в кабинах машинистов скоростных и пригородных поездов |
103 |
91 |
83 |
77 |
73 |
70 |
68 |
66 |
64 |
75 |
|
8 |
Помещения для персонала вагонов поездов дальнего следования, служебные помещения рефрижераторных секций |
93 |
79 |
70 |
63 |
58 |
55 |
52 |
50 |
49 |
60 |
Приложение 2
Допустимые уровни звукового давления, уровни звука, эквивалентные
и максимальные уровни звука проникающего шума в помещениях жилых
и общественных зданий и шума на территории жилой застройки (извлечение из СН 2.2.4/2.1.8.562-96)
|
№п/п |
Назначение помещений или территорий |
Вре-мя суток |
Уровни звукового давления, дБ, в октавных полосах со среднегеометрическими частотами, Гц |
Уровни звука LA и эквивалент ные уровни звука LAэкв, дБА |
Максимальные уровни звука LAмакс, дБА |
||||||||
|
31,5 |
63 |
125 |
250 |
500 |
1000 |
2000 |
4000 |
8000 |
|||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
|
1 |
Классные помещения, учебные кабинеты, учительские комнаты, аудитории школ и других учебных заведений, конференц-залы, читальные залы библиотек |
79 |
63 |
52 |
45 |
39 |
35 |
32 |
30 |
28 |
40 |
55 |
|
|
2 |
Жилые комнаты квартир, жилые помещения домов отдыха, пансионатов |
С 7 до 23 ч |
79 |
63 |
52 |
45 |
39 |
35 |
32 |
30 |
28 |
40 |
55 |
|
С 23 до 7 ч |
72 |
55 |
44 |
35 |
29 |
25 |
22 |
20 |
18 |
30 |
45 |
||
|
3 |
Территории, непосредственно прилегающие к жилым домам |
С 7 до 23 ч |
90 |
75 |
66 |
59 |
54 |
50 |
47 |
45 |
44 |
55 |
70 |
|
С 23 до 7 ч |
83 |
67 |
57 |
49 |
44 |
40 |
37 |
35 |
33 |
45 |
60 |
Примечания:
1 Допустимые уровни шума от внешних источников в помещениях устанавливаются при условии обеспечения нормативной вентиляцией помещений (для жилых помещений, палат, классов − при открытых форточках, фрамугах, узких створках окон).
2 Эквивалентные и максимальные уровни звука дБА для шума, создаваемого на территории средствами автомобильного, железнодорожного транспорта, в 2 м от ограждающих конструкций первого эшелона шумозащитных типов жилых зданий, зданий гостиниц, общежитий, обращены в сторону магистральных улиц общегородского и районного значения, железных дорог, допускается принимать на 10 дБА выше (поправка = + 10 дБА) указанных в позиции 3 приложения 2.
3 Уровни звукового давления в октавных полосах частот в дБ, уровни звука и эквивалентные уровни звука в дБА для шума, создаваемого в помещениях и на территориях, прилегающих к зданиям, системами конди ционирования воздуха, воздушного отопления и вентиляции и др. инженерно-технологическим оборудованием, следует принимать на 5 дБА ниже (поправка = − 5 дБА), указанных в приложении 2.
4 Для тонального и импульсного шума следует принимать поправку − 5 дБА.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1 Бобин, Е.В. Борьба с шумом и вибрацией на железнодорожном транспорте. − 3-е изд., перераб. и доп. − М. : Транспорт, 1973. − 304 с.
2 Охрана труда в грузовом хозяйстве железных дорог (с примерами решения задач) / В.И. Бекасов, Н.Е. Лысенко, В.А. Муратов и др. – М. : Транспорт, 1984. − 182 с.: ил., табл.
3 Средства защиты в машиностроении: Расчет и проектирование : справочник / С.В. Белов, А.Ф. Козьяков, О.Ф. Партолин и др. ; под. ред. С.В. Белова. – М. : Машиностроение, 1989. – 368 с.
4 СН 2.2.4/2.1.8.562-96. Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки : санитарные нормы. – М. : Информационно-издательский центр Минздрава России, 1997. – 20 с.
5 Дьяков, В.И. Типовые расчеты по электрооборудованию : практ. пособие. – 7-е изд., перераб. и доп. – М. : Высшая школа, 1991. − 160 с.
6 Долин, П.А. Основы техники безопасности в электроустановках : учеб. пособие для вузов. – 3-е изд. перераб. и доп. – М. : Знак, 2001. – 440 с. : ил.
7 Правила устройства электроустановок : Раздел 1. Общие правила. – 7-е изд. – М. : Изд-во ДЕАН, 2002. − 80 с.
8 ГОСТ 12.1.038-82 (2001). ССБТ. Электробезопасность. Предельно допустимые значения напряжений прикосновения и токов. – М. : Изд-во стандартов, 2002.
9 Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей. – СПб. : Изд-во ДЕАН, 2003. – 304 с.
10 Сибаров, Ю.Г. Средства защиты электробезопасности : учебное пособие / Ю.Г. Сибаров, Н.Н. Сколотнев, М.П. Филипченко и др. − М. : РАПС, 1999. – 46 с.
11 Долин, П.А. Справочник по технике безопасности. – М. : Энергоатомиздат. 1984 – 824 с.
12 Виноградов, Б.В. Безопасность труда и производственная санитария в машиностроении. – М. : Машгиз, 1963. – 246 с.
13 СНиП 23-05-95. Строительные нормы и правила Российской Федерации. Естественное и искусственное освещение. – М. : Стройиздат, 1995. – 32 с.
14 ОСТ 32.120-98. Стандарт отрасли. Нормы искусственного освещения объектов железнодорожного транспорта. − М. : Транспорт, 1984. − 70 с.
15 Кнорринг, Г.М. Справочная книга для проектирования электрического освещения / Г.М. Кнорринг, И.М. Фадин, В.Н. Сидоров. – 2-е изд., перераб. и доп. – СПб. : Энергоатомиздат. Санкт-Петербургское отд-ние, 1992. – 448 с. : ил.
16 Справочная книга для проектирования электрического освещения / под ред. Г.М. Кнорринга. – Л. : Энергия, 1976. – 384 с. : ил.
17 Дегтярев, В.О. Осветительные установки железнодорожных территорий / В.О. Дегтярев, О.Г. Корягин, Н.Н. Фирсанов. − М : Транспорт, 1987. − 223 с.
18 Фирсанов, Н.Н. Освещение железнодорожных станций / Н.Н. Фирсанов, А.Ф. Сигаев, В.С. Гончуков. – М. : Трансжелдориздат, 1963. – 188 с.
19 Комментарий к Правилам устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов. – М. : МЦФЭР, 2004. – 720 с.
20 Руководство по изучению Правил устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов (в вопросах и ответах): справочное пособие / сост. П.Н. Ушаков – М. : Металлургия, 1979. – 312 с.
21 Инженерные решения по охране труда в строительстве / Г.Г. Орлов, В.И. Булыгин, Д.В. Виноградов и др. ; под ред. Г.Г. Орлова. – М. : Стройиздат, 1985. – 278 с.: ил. – (Справочник строителя).
22 Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений. РД 34.21.122-87 // Инструктивные указания по проектированию электротехнических промышленных установок / Тяжпромэлектропроект. − 1988. − № 6. − М. : Энергоатомиздат, 1989. – 34 с.
23 Безопасность жизнедеятельности в условиях производства : учеб. пособие / В.М. Гарин, Т.А. Бойко, Е.Б. Воробьев и др. ; под общ. ред. В.М. Гарина; Рост. гос. ун-т путей сообщения, – Ростов н/Д, 2003. – 346 с.
Учебное издание
Бойко Тамара Алексеевна
Воробьев Евгений Борисович
Ворожбитова Жанна Борисовна
и др.
БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ
В УСЛОВИЯХ ПРОИЗВОДСТВА.
РАСЧЕТЫ.
Учебное пособие
Редактор Т.В. Бродская
Корректор Т.В. Бродская
Подписано в печать .07. Формат 6084/16.
Бумага офсетная. Ризография Усл. Печ л.
Уч.-изд. л. . Тираж экз. Изд. № 97. Заказ №
Ростовский государственный университет путей сообщения.
Ризография РГУПС.
Адрес университета:
344038, Ростов н/Д, пл. Ростовского Стрелкового Полка
Народного Ополчения, 2
L1
L3
L2
r3
r2
R
Rз
r1
Uпр
4
3
5
2
1
Iз
R0)0
Rз
Iч
R
L3
L2
L1
r1
r2
2
IЗ
rП
r0
IКЗ IПЛ
rН
rФ
PE
IПЛ
IПЛ
PE N
R2
PENL3
1
R1
L3
L2
L1
U
Пр
Рис. 6.3. Трехфазный электродвигатель
Рис.6.4 Двухфазный электроприемник
Рис.6.5 Однофазный электроприемник
Рис. 6.6 Однолинейная электрическая схема сети
Н
U
r2
,
B
A
hc
Hp
hp
H
B
L2
l
L1
L1
A
L2
а
B
A
L1
L2
l
б
в
l
Н
Uл
Uл
r3
Uпр
L1
Rз
R
r1
5
4
3
1
2
I3
R0
R3
Iч
R
L2
L1
r1
r2
U
0.5l
t
h
l
d
Iкз > ЗIпл
r0