Проверка правильности выбора электрооборудования для взрывоопасных и пожарных зон.

А.С. Мазур

доктор технических наук, профессор

(Санкт-Петербургский Государственный технологический институт);

В.А. Родионов

кандидат технических наук, доцент

(Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России)

И.Л. Скрипник, А.Б. Палицын

Пожарная безопасность электроустановок: Задания и методические рекомендации по выполнению контрольной работы для слушателей заочного и дистанционного обучения по специальности 280104.65 – “Пожарная безопасность”/ Под. ред. В.С. Артамонова. — СПб: Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России, 2011. – 28 с.

Приведенные задания и методические рекомендации по выполнению контрольной работы составлены в соответствии с учебной программой курса “Пожарная безопасность электроустановок” по специальности 280104.65 – “Пожарная беопасность” для слушателей заочного обучения.

Задание включает три задачи:

- выполнение проверки правильности выбора электрооборудования для заданной взрывоопасной или пожароопасной зоны;

- выполнение теплового расчета электрических сетей (силовой и осветительной);

- разработку молниезащиты здания (сооружения).

Задание для каждого слушателя является индивидуальным. Приведены также характерные примеры решения указанных выше задач.

© Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России, 2011

СОДЕРЖАНИЕ

Введение
Задание на контрольную работу
Проверка правильности выбора электрооборудования для взрывоопасных и пожароопасных зон.
Тепловой расчет электрических сетей.
Разработка молниезащиты здания (сооружения).

ВВЕДЕНИЕ

В соответствии с учебным планом Санкт-Петербургского университета ГПС МЧС России при изучении дисциплины «Пожарная безопасность электроустановок» слушатели института заочного и дистанционного обучения выполняют письменную контрольную работу. Контрольная работа включает в себя 3 задачи. В настоящем пособии изложены основные требования к оформлению контрольной работы, указаны варианты заданий и приведены методические рекомендации по выполнению расчетов.

Контрольная работа выполняется в отдельной тетради рукописным способом чернилами или пастой черного, синего или фиолетового цвета или набирается на компьютере. На каждой странице необходимо оставлять поля. Текст должен быть написан аккуратно, грамотно, разборчивым почерком.

На обложке работы необходимо указать номер группы, номер зачетной книжки, фамилию, имя, отчество слушателя, выполнившего работу, а также номер варианта.

При выполнении контрольной работы условия задач переписываются обязательно, четко и правильно. Ответы на вопросы слушатели должны иллюстрировать необходимыми схемами, рисунками или чертежами, которые выполняются карандашом с учетом требований стандартов или в выбранном графическом редакторе. Не допускается произвольно сокращать слова в тексте и подписях к иллюстрациям. В конце работы должна быть перечислена используемая литература.

При получении рецензии на выполненную работу, слушатель должен внимательно ознакомиться с замечаниями преподавателя, внести в работу соответствующие исправления, дополнения и уточнения.

Не рецензируются работы:

- выполненные не по своему варианту;

- написанные неразборчивым почерком, неаккуратно или неправильно набранные на компьютере.

Не зачтенная контрольная работа выполняется повторно с учетом замечаний рецензента.

На обложке новой контрольной работы указывают «повторная» и направляют в СПб университет МЧС России в институт заочного и дистанционного обучения вместе с первой работой и рецензией.

Обучаемые выбирают номер варианта контрольной работы по двум последним цифрам зачетной книжки.

ЗАДАНИЕ

НА КОНТРОЛЬНУЮ РАБОТУ:

Проверка правильности выбора электрооборудования для взрывоопасных и пожарных зон.

Тепловой расчет электрических сетей.

Разработка молниезащиты здания (сооружения).

Таблица 1

Предпоследняя цифра номера зачетной книжки
Наименования помещения	Склад баллонов с ацетиленом	Цех механической обработки древесины	Цех приготовления резинового клея (бензин «калоша»)	Склад готовой продукции швейной фабрики	Цех порошковой окраски
Предпоследняя цифра номера зачетной книжки
Наименования помещения	Хлопко-разрыхлительный цех	Галерея топливо – подачи торфа (НКПВ= 18 г/м3)	Насосный зал светлых нефтепродуктов (по бензину)	Размольное отделение мельницы (НКПВ= 60 г/м3)	Насосный зал темных нефтепродуктов (по дизельному топливу)

Таблица 2

Последняя цифра № зачетной книжки	Двигатель	Магнитный пускатель	Пусковая кнопка	Светильник	Распределительный щит
	В В3Т4-В	ПМ-700 МОД	КУ-123 IР-20	ВЗГ-200	ПР-9000 IР-44
	АО-8 IР-44	ПМЕ-232 IР-54	КУ-701 В4Т4-В	НОП-20 IР-54	ЩОВ-2
	4А IР-54	ПАЕ-442 В1Т1-В	КУВ-2 В3Т5-М	Н4Б-200	ЩОАУ-6 IР-44
	4А IР-34	ПМ-513 IР-20	КУ-121 IР-54	НСП-10 IР-44	ОЩ-6 IР-21
	BAO 1ExdIIвT4	ПА-422 1ExpIIаT2	КУВ-00 МОД	В4А-200	ЩОВ-1 В3Т3-В
	В В3Т4-В	ПОМ-714 1ExeIIT6	КУВ-2 1ExeIIвT4	ПВЛМ IP-24	СП-62 IP-30
	ВР 1ExdIIT1	ПАЕ-424 IP-64	КУ-250 IP-64	В4А-200	ОПМУ-61 IP-44
	КОМ В1А	ПМ-700 МОД	КУ В3Г	КО-04 IP-30	Я-3100 IP-53
	А IP-20	ПМ-200 МОД	КУ-123 IP-54	Астра-5 IP-54	ПД IP-00
	В 1ExdIIаT2	ПМЕ-222 IP-30	КУВ-1 1ExdIIсT5	НОГ	ЩД IP-30

Пример 1.

В помещении насосной по перекачке бензина Б-70 установлены электродвигатели ВАО в исполнении В3Т4, магнитные пускатели ПАЕ 432 в исполнении IР 54, пусковые кнопки в исполнении 1Ех d II Т4, светильники В4А-200, групповые распределительные щиты СП-62 в исполнении IР 30. Требуется проверить соответствие установленного электрооборудования требованиям ПУЭ.

Решение. Помещение насосной по перекачке бензина Б-70 на основании п. 7.3.41 ПУЭ может быть отнесено к зоне В-Iа или 2 по 123 ФЗ (ст. 19), т.к. бензин Б-70 является легковоспламеняющейся жидкостью (ЛВЖ) с Твсп = - 34^оС. При нормальной работе технологического оборудования взрывоопасные смеси паров бензина с воздухом не образуются. Их появление возможно только при авариях и неисправностях, например, повреждении уплотнений в насосах, разрывах трубопроводов с бензином и т. п.

Взрывоопасная смесь паров бензина Б-70 с воздухом на основании табл. 7.3.3 ПУЭ относится к категории IIа и группе Т3 (по ПИВЭ – к категории 2 и группе Г; по ГОСТ Р МЭК - к категории IIа и группе Т3 (табл. 2)). Электрооборудование, установленное в пределах взрывоопасной зоны, должно обеспечивать требуемый уровень взрывозащиты и соответствовать категории и группе взрывоопасной смеси. На основании п. 7.3.66 и табл. 7.3.10 ПУЭ электрические машины, устанавливаемые в взрывоопасных зонах В-Iа (2) должны иметь уровень взрывозащиты – повышенная надежность против взрыва. Электродвигатели серии ВАО (взрывозащищенные асинхронные обдуваемые) в исполнении В3Т3-В (взрывобезопасные, во взрывонепроницаемом исполнении, для взрывоопасных смесей 1, 2, 3 категорий и групп Т1, Т2, Т3). Так как взрывобезопасное электрооборудование обеспечивает большую надежность взрывозащиты, чем оборудование “повышенной надежности против взрыва”, а взрывоопасная смесь бензина Б-70 с воздухом имеет категорию IIа и температурный класс Т3, то данный электродвигатель соответствует требованиям ПУЭ.

Магнитный пускатель пусковая кнопка относятся к системам управления с нормально искрящими частями. В соответствии с п. 7.3.68 и табл.7.3.1 ПУЭ аппараты управления с нормально искрящими частями во взрывоопасных зонах В-Iа (2) должны быть взрывозащищенными и иметь уровень взрывозащиты “повышенная надежность против взрыва”.

Магнитный пускатель ПАЕ 432 в исполнении IР 54 – это пускатель общепромышленного исполнения, корпус которого обеспечивает защиту от проникновения внутрь пыли и брызг любого направления. Так как магнитный пускатель не имеет средств взрывозащиты, то он не может устанавливаться в пределах взрывоопасной зоны, а должен быть вынесен за ее пределы.

Кнопка управления КУ 90 имеет исполнение 1 Ех d IIВ Т4 (взрывозащищенная, обеспечивает взрывобезопасный уровень взрывозащиты, во взрывонепроницаемом исполнении, может применяться для взрывоопасных смесей категорий IIA, IIB и групп Т1, Т2, Т3, Т4), поэтому она соответствует классу взрывоопасной зоны, категории и группе взрывоопасной смеси.

Светильник В4А – 200 – взрывозащищенный, во взрывонепроницаемом исполнении, что соответствует взрывобезопасному уровню, может применяться для взрывоопасных смесей 1, 2, 3, 4 категорий и группы А (Т1). Поэтому он не соответствует требованиям ПУЭ по температурному классу.

Таблица 3

Силовая сеть Осветительная сеть
№ варианта	Щит-ов/ групп	U (В)	Р двигателя (кВт)	nc (об /мин)	Щитов/ групп	Кол-во светильн.	Рсв светиль-ника	U (В)	Город	Размеры Здания L-S-Н (м)	ρ грунта (Омּм)
	2/10 1/8 2/7 2/9 2/6 1/7 2/10 1/6 2/8 1/6 2/7 2/9 1/9 2/7 1/5 1/6 2/7 1/8 2/9 1/7 1/5 2/8 1/8 1/6 2/10 1/6 2/9 1/8 2/10		1-1-7-7-110-10-28-14-4,5-4,5 7-7-4,5-4,5-10-10-14-14 4,5-4,5-7,2,8-2,8-10-10 1,7-1,7-10-10-2,8-2,8-14-14-20 7-7-28-10-10-14 2,8-2,8-10-7-7-20-20 1,7-4,5-4,5-10-10-14-14-7-7-7 4,5-4,5-28-7-7-20 2,8-2,8-20-7-7-7-4,5-4,5 7-4,5-4,5-4,5-10-10 7-7-20-10-4,5-4,5-10 4,5-4,5-14-14-7-7-10-10-20 1,7-1,7-7-7-4,5-4,5-20-2,8-2,8 4,5-4,5-28-10-10-7-20 7-7-20-28-14 1,7-1,7-10-7-7-28 14-14-10-10-2,8-20-20 4,5-4,5-20-7-7-10-10-14 10-10-10-14-7-7-4,5-7-7 4,5-4,5-4,5-10-7-28-10 7-28-10-14-20 7-28-20-20-10-10-4,5-4,5 4,5-4,5-7-10-10-10-28-28 14-14-20-10-7-7 1,7-1,7-10-10-10-7-7-4,5-4,5-7 7-10-10-14-14-20 1,7-1,7-7-7-10-10-14-20-28 7-7-14-20-2,8-2,8-10-10 2,8-2,8-10-10-7-7-4,5-7-7-7		1/6 2/7 1/5 2/6 1/7 2/6 1/4 2/7 1/5 2/8 1/6 1/7 2/8 1/6 1/5 2/7 1/5 2/6 1/4 1/6 2/8 1/6 2/7 1/5 1/6 2/6 1/7 2/9 1/6				Псков СПб Москва Новгород Рязань Смоленск Архангельск Новгород Псков Магадан Вологда Ярославль Курск Волгоград Белгород Белгород Саратов Тюмень Красноярск Энгельс Ульяновск Тамбов Киров Тамбов Иваново Иркутск Сочи Омск Новосибирск	80-15-15 56-16-12 48-22-10 54-24-14 70-20-20 110-16-25 90-30-25 70-15-10 58-20-22 68-42-12 60-18-6 42-36-10 42-20-10 52-18-22 62-17-9 60-18-6 55-16-8 80-10-10 58-16-10 48-12-5 54-16-18 44-34-14 90-15-6 46-25-12 60-20-15 110-25-15 60-14-12 52-26-10 48-22-10

Таблица 3

	2/8 1/7 2/6 2/8 1/6 2/10 1/8 2/7 2/9 2/6 1/7 2/11 1/6 2/8 1/6 2/7 2/9 1/9 2/7 1/5 1/6 2/7 1/8 2/9 1/7 1/5 2/8 1/8 1/6 2/10 1/6 2/9 1/8 2/10 2/8 1/7 2/6 2/8 1/6		14-14-10-10-7-7-28-28 7-7-28-2,8-2,8-10-10 4,5-10-10-7-14-20 7-7-14-4,5-10-10-20-28 7-10-10-14-14-20 1-1-7-7-110-10-28-14-4,5-4,5 7-7-4,5-4,5-10-10-14-14 4,5-4,5-7,2,8-2,8-10-10 1,7-1,7-10-10-2,8-2,8-14-14-20 7-7-28-10-10-14 2,8-2,8-10-7-7-20-20 1,7-1,7-4,5-4,5-10-10-14-14-7-7-7 4,5-4,5-28-7-7-20 2,8-2,8-20-7-7-7-4,5-4,5 7-4,5-4,5-4,5-10-10 7-7-20-10-4,5-4,5-10 4,5-4,5-14-14-7-7-10-10-20 1,7-1,7-7-7-4,5-4,5-20-2,8-2,8 4,5-4,5-28-10-10-7-20 7-7-20-28-14 1,7-1,7-10-7-7-28 14-14-10-10-2,8-20-20 4,5-4,5-20-7-7-10-10-14 10-10-10-14-7-7-4,5-7-7 4,5-4,5-4,5-10-7-28-10 7-28-10-14-20 7-28-20-20-10-10-4,5-4,5 4,5-4,5-7-10-10-10-28-28 14-14-20-10-7-7 1,7-1,7-10-10-10-7-7-4,5-4,5-7 7-10-10-14-14-20 1,7-1,7-7-7-10-10-14-20-28 7-7-14-20-2,8-2,8-10-10 2,8-2,8-10-10-7-7-4,5-7-77 14-14-10-10-7-7-28-28 7-7-28-2,8-2,8-10-10 4,5-10-10-7-14-20 7-7-14-4,5-10-10-20-28 7-10-10-14-14-20		1/5 2/8 1/6 2/5 2/6 1/6 2/7 1/5 2/6 1/7 2/6 1/4 2/7 1/5 2/8 1/6 1/7 2/8 1/6 1/5 2/7 1/5 2/6 1/4 1/6 2/8 1/6 2/7 1/5 1/6 2/6 1/7 2/9 1/6 1/5 2/8 1/6 2/5 2/6				Кемерово Свердловск Чита Норильск Чита СПб Москва Новгород Рязань Смоленск Архангельск Новгород Псков Магадан Вологда Ярославль Курск Волгоград Белгород Белгород Саратов Тюмень Красноярск Энгельс Ульяновск Тамбов Киров Тамбов Иваново Иркутск Сочи Омск Новосибирск Кемерово Свердловск Чита Норильск Чита Псков	52-20-14 44-26-17 56-16-17 50-30-15 70-32-16 80-15-15 56-16-12 48-22-10 54-24-14 70-20-20 110-16-25 90-30-25 70-15-10 58-20-22 68-42-12 60-18-6 42-36-10 42-20-10 52-18-22 62-17-9 60-18-6 55-16-8 80-10-10 58-16-10 48-12-5 54-16-18 44-34-14 90-15-6 46-25-12 60-20-15 110-25-15 60-14-12 52-26-10 48-22-10 52-20-14 44-26-17 56-16-17 50-30-15 70-32-16

	2/10 1/8 2/7 2/9 2/6 1/7 2/11 1/6 2/8 1/6 2/7 2/9 1/9 2/7 1/5 1/6 2/7 1/8 2/9 1/7 1/5 2/8 1/8 1/6 2/10 1/6 2/9 1/8 2/10 2/8 1/7 2/6		1-1-7-7-110-10-28-14-4,5-4,5 7-7-4,5-4,5-10-10-14-14 4,5-4,5-7,2,8-2,8-10-10 1,7-1,7-10-10-2,8-2,8-14-14-20 7-7-28-10-10-14 2,8-2,8-10-7-7-20-20 1,7-1,7-4,5-4,5-10-10-14-14-7-7-7 4,5-4,5-28-7-7-20 2,8-2,8-20-7-7-7-4,5-4,5 7-4,5-4,5-4,5-10-10 7-7-20-10-4,5-4,5-10 4,5-4,5-14-14-7-7-10-10-20 1,7-1,7-7-7-4,5-4,5-20-2,8-2,8 4,5-4,5-28-10-10-7-20 7-7-20-28-14 1,7-1,7-10-7-7-28 14-14-10-10-2,8-20-20 4,5-4,5-20-7-7-10-10-14 10-10-10-14-7-7-4,5-7-7 4,5-4,5-4,5-10-7-28-10 7-28-10-14-20 7-28-20-20-10-10-4,5-4,5 4,5-4,5-7-10-10-10-28-28 14-14-20-10-7-7 1,7-1,7-10-10-10-7-7-4,5-4,5-7 7-10-10-14-14-20 1,7-1,7-7-7-10-10-14-20-28 7-7-14-20-2,8-2,8-10-10 2,8-2,8-10-10-7-7-4,5-7-77 14-14-10-10-7-7-28-28 7-7-28-2,8-2,8-10-10 4,5-10-10-7-14-20		1/6 2/7 1/5 2/6 1/7 2/6 1/4 2/7 1/5 2/8 1/6 1/7 2/8 1/6 1/5 2/7 1/5 2/6 1/4 1/6 2/8 1/6 2/7 1/5 1/6 2/6 1/7 2/9 1/6 1/5 2/8 1/6				Москва Новгород Рязань Смоленск Архангельск Новгород Псков Магадан Вологда Ярославль Курск Волгоград Белгород Белгород Саратов Тюмень Красноярск Энгельс Ульяновск Тамбов Киров Тамбов Иваново Иркутск Сочи Омск Новосибирск Кемерово Свердловск Чита Норильск Чита	80-15-15 56-16-12 48-22-10 54-24-14 70-20-20 110-16-25 90-30-25 70-15-10 58-20-22 68-42-12 60-18-6 42-36-10 42-20-10 52-18-22 62-17-9 60-18-6 55-16-8 80-10-10 58-16-10 48-12-5 54-16-18 44-34-14 90-15-6 46-25-12 60-20-15 110-25-15 60-14-12 52-26-10 48-22-10 52-20-14 44-26-17 56-16-17

Таблица 3

Таблица 4

Значения КПД , cosφ и КПТ э/двиг. в функции Р_дв и n_С

№ п/п	Мощность э/двиг Рдв, кВт	nc=3000 oб/мин	nc=1500 oб/мин	nс=1000 oб/мин
КПД	КПТ	Cosφ	КПД	КПТ	Cosφ	КПД	КПТ	Cos φ
	1,0	0,79	5,5	0,87	0,70	5,0	0,78	0,66	4,0	0,69
	1,7	0,81	6,0	0,88	0,74	5,0	0,82	0,70	4,0	0,71
	2,8	0,84	7,0	0,89	0,76	5,5	0,82	0,79	6,0	0,65
	4,5	0,86	7,0	0,89	0,85	5,5	0,82	0,81	6,5	0,68
	7,0	0,87	7,0	0,89	0,88	7,0	0,82	0,85	6,6	0,76
	10,0	0,88	7,0	0,89	0,88	7,0	0,83	0,86	6,8	0,83
	14,0	0,88	6,0	0,89	0,88	7,0	0,84	0,87	6,8	0,83
	20,0	0,88	6,5	0,90	0,89	7,0	0,84	0,88	6,5	0,84
	28,0	0,89	6,5	0,90	0,89	6,5	0,84	0,90	6,5	0,97

Примечание:данные значения можно выбирать из справочников по электротехнике
Пример 2. Расчёт силовой сети помещения ТЭЦ.

Силовая сеть помещения ТЭЦ выполнена по схеме рис. 1. Напряжение сети 380 В. Помещение ТЭЦ относится к зоне класса по ПУЭ В – II или 21 по 123 Федеральному закону.

1 Расчёт ответвлений к электродвигателям.

Все электродвигатели защищаются от токов коротких замыканий (КЗ) плавкими предохранителями или автоматами с электромагнитными расцепителями. В нашем случае для защиты электродвигателей от токов КЗ установлены автоматы с электромагнитными расцепителями (см. рис. 1 ниже).

От токов перегрузки защищают электродвигатели, которые установлены во взрывоопасных зонах классов по ПУЭ В – I; B – Ia; B- II и B – IIa или по 123 Федеральному закону 1, 2, 21, 22 тепловыми реле магнитных пускателей. В остальных случаях электродвигатели защищают от перегрузки таким же образом только в случае, если возможна их механическая перегрузка.

Данные электродвигателей:

Порядок расчёта:

1.1. Определяем номинальные токи электродвигателей по формуле:

1.2. Определяем пусковые ток электродвигателей по формуле:

I_п.дв1=6,5ּ56,9=369,9 А; I_п.дв2=6,5ּ38,4=249,6 А; I_п.дв3-4=7,0ּ5,7=39,9 А;

I_п.дв5-6=7,0ּ20,8=145,6 А; I_п.дв7-8=7,0ּ13,7=95,9 А; I_п.дв9=7,0ּ28,8=201,6 А.

1.3. Определяем ток уставки автоматов для защиты электродвигателей от токов КЗ по условию:

Для электродвигателей 3-4 выбираем автоматы АП-50 с комбинированным расцепителем (см. Л.2, табл. П10), а для остальных электродвигателей выбираем автоматы АЕ2053 с электромагнитным расцепителем (см. Л.2, табл. П11):

- для э/д 1 А3110 с I_н.р.=40 А; I_ср.элм=480 А;

- для э/д 2 А3110 с I_н.р.=32 А; I_ср.элм=384 А;

- для э/д 3-4 АП-50 с I_н.р.=10 А; I_ср.элм=70 А;

- для э/д 5-6 А3110 с I_н.р.=16 А; I_ср.элм=192 А;

- для э/д 7-8 А3110 с I_н.р.=16 А; I_ср.элм=192 А;

- для э/д 9 А3110 с I_н.р.=25 А; I_ср.элм=300 А.

1.4. Для защиты электродвигателей от токов перегрузки выбираем номинальные токи тепловых реле магнитных пускателей по условию

I_н.тепл=(1,0÷1,2)I_н.дв: (см. Л. 2, табл. П12);

- для э/д 1 I_н.тепл=(1,0÷1,2)ּ56,9=56,9÷68,3 А; ПА-522 с ТРП-150; I_н.тепл=60,0 А;

- для э/д 2 I_н.тепл=(1,0÷1,2)ּ38,4=38,4÷46,1 А; ПА-422 с ТРП-60; I_н.тепл=40,0 А;

- для э/д 3-4 I_н.тепл=(1,0÷1,2)ּ5,7=5,7÷6,8 А; ПМЕ-222 с ТРН-10; I_н.тепл=6,8 А;

- для э/д 5-6 I_н.тепл=(1,0÷1,2)ּ20,8=20,8÷25,0 А; ПМЕ-222 с ТРН-25; I_н.тепл=25,0 А;

- для э/д 7-8 I_н.тепл=(1,0÷1,2)ּ13,7=13,7÷16,4 А; ПМЕ-222 с ТРН-25; I_н.тепл=16 А;

-для э/д 9 I_н.тепл=(1,0÷1,2)ּ28,8=28,8÷34,6 А; ПА-322 с ТРН-40; I_н.тепл=32,0 А.

1.5. Выбираем сечение проводов для ответвлений к электродвигателям. В соответствии с п.7.3.93 ПУЭ во взрывоопасных зонах классов по ПУЭ (123 Федеральному закону) В-Iб, В-Iг (1 или 2), В-II (21), В-IIа (22) допускается применение проводов и кабелей с алюминиевыми жилами. Выбираем провод АПРТО (алюминиевый провод с резиновой изоляцией в хлопчатобумажной оплетке для прокладки в трубах см. ПУЭ табл. 1.3.5 и 7.3.14). Во взрывоопасных зонах классов

В-I (1), В-Iа (2), В-II (21), В-IIа (22) выбор сечений проводов производится по условию (см. Л. 2, с. 140) I_д ≥1,25ּI_н.дв:

- для э/д 1 I_д ≥1,25ּ56,9=71,1 А, S₁=35,0 мм², I_д =75 А;

- для э/д 2 I_д≥1,25ּ38,4=48,0 А, S₂=16,0 мм², I_д=55 А;

- для э/д 3-4 I_д≥1,25ּ5,7=7,1 А, S_3-4=2,0 мм², I_д=14 А;

- для э/д 5-6 I_д≥1,25ּ20,8=26,0 А, S_5-6=6,0 мм², I_д=26 А;

- для э/д 7-8 I_д≥1,25ּ23,7=17,1 А, S_7-8=3,0 мм², I_д=18 А;

- для э/д 9 I_д≥1,25ּ28,8= 36,0 А, S₉=10,0 мм², I_д=38 А.

1.6. Проверяем соответствие защиты сечению проводов ответвлений к электродвигателям при защите от токов перегрузки по условию для взрывоопасных зон классов В-I (1), В-Iа (2), В-II (21), В-IIа (22), а также для жилых, общественных зданий, торговых, детских, лечебных, учебных заведений (п. 3.1.11 ПУЭ)

I_{н.тепл .}≤ 0,8I_д :

- для э/д 1 60,0 ≤ 0,8ּ75=60 А – условие выполнено;

- для э/д 2 40,0 ≤ 0,8ּ55=40 А – условие выполнено;

- для э/д 3-4 6,8 ≤ 0,8ּ14=11,2 А – условие выполнено;

- для э/д 5-6 25,0 ≤ 0,8ּ26=20,8 – условие не выполнено, поэтому для э/д 5-6 выбираем S_5-6=8,0 мм², I_д=32 А, тогда 25 ≤ 0,8ּ32=25,6 А – условие выполнено;

- для э/д 7-8 16 ≤ 0,8ּ18=14,4 А – условие не выполнено, поэтому для э/д 7-8 выбираем S_7-8=4,0 мм², I_д=21 А, тогда 16≤ 0,8ּ21=16,8 А – условие выполнено;

- для э/д 9 32 ≤ 0,8ּ38=30,4 А – условие не выполнено, поэтому для э/д 9 выбираем S₉=16,0 мм², I_д=55 А, тогда 32 ≤ 0,8ּ55=44 А – условие выполнено.

Таким образом, сечения для ответвлений к двигателям принимаем:

S₁=35,0 мм², I_д=75 А; S₂=16,0 мм², I_д=55 А; S_3-4=2,0 мм², I_д=14 А;

S_5-6=8,0 мм², I_д=32 А; S_7-8=4,0 мм², I_д=21 А; S₉=16,0 мм², I_д=55 А.

2 Расчет силовых магистралей.

Магистрали защищают только от токов короткого замыкания (плавкими предохранителями или автоматами с электромагнитным расцепителем, см. Л.3, с. 17). В нашем случае, когда ответвления от короткого замыкания защищаются автоматами с электромагнитным расцепителем, целесообразно и силовые магистрали защищать такими же автоматами.

Так как номинальные и пусковые токи электродвигателей определены выше, то дальнейший порядок расчета силовых магистралей следующий:

2.1 Определяем максимальный ток магистрали по формуле

где I_п.дв.max– наибольший пусковой ток двигателя, включенного в магистраль;

I_н.дв.i – номинальный ток i-го двигателя;

К_с – коэффициент спроса (см. Л. 8);

У нас две силовые магистрали (см. рис. 1), поэтому рассчитываем каждую из них:

2.2 Выбираем уставки автоматов по условию I_{ср.элм 1}≥1,25ּI_м:

I_{ср.элм 1}≥1,25ּ335,8=419,8 А;

I_{ср.элм 2}≥1,25ּ189,4=236,8 А.

По табл. П11 [Л. 2] для первой магистрали выбираем автомат АЕ2053 с электромагнитным расцепителем с I_{ср.элм 1}=480 А, а для второй магистрали такой же автомат с I_{ср.элм 2}=300 А.

2.3 Выбираем сечение проводников для магистралей 1 и 2 по условию :

Для силовых магистралей выбираем трехжильный провод АПРТО, прокладку будем осуществлять в трубах. Сечение выбираем по табл. 1.3.5 ПУЭ:

- для магистрали 1 S₁=70 мм², I_д.м1=135 А;

- для магистрали 2 S₂=35 мм², I_д.м2=75 А.

2.4 Проверяем соответствие защиты сечению проводов магистралей по условию

I_ср.элм≤4,5ּI_д:

- I_ср.элм1≤4,5ּI_д.м1 480≤4,5∙135=607,5 А – условие выполнено;

- I_ср.элм2≤4,5ּI_д.м2 300≤4,5∙75=337,5 А – условие выполнено.

2.5 Так как в силовой сети установлены автоматы с электромагнитным расцепителем, то селективность защиты ими в зоне токов КЗ не обеспечивается, т.е. если ток КЗ достигает и для ответвления и для магистрали значения тока срабатывания их электромагнитных расцепителей, то оба автомата сработают практически мгновенно.

3 Расчет сети освещения.

Согласно ПУЭ от токов КЗ должны защищаются все осветительные и силовые сети [Л. 1, п. 3.1.8]. Защите от токов перегрузки подлежат сети всех видов во взрывоопасных зонах, за исключением зон B-Iб и B-Iг (1 или 2) [Л. 1, п. 7.3.94].

В нашем примере сеть освещения выполнена по схеме, представленной на рис. 2, приведенной ниже. Напряжение сети освещения U=220 В, мощность светильников Р_св.=220 Вт, количество светильников 29 шт. Включение их в группы показано на рис. 2.

Расчет осуществляем в следующей последовательности:

3.1. Определяем расчетные токи, потребляемые группами 1-6 и группой 7 по формуле

где К_с- коэффициент спроса (для сетей освещения до 380В К_с=1);

n_1-6 – количество светильников в группах 1-6;

Р_св. – мощность светильника, Вт;

U – напряжение сети освещения, В:

3.2. Выбираем номинальные токи плавкой вставки предохранителя для групп светильников 1-6 и 7 по условию

I_{н.вст.1-6}≥3,6 А; I_н.вст.7≥4,5 А.

Из [Л.2, приложение П7] выбираем для всех 7 групп освещения предохранители ПР-2, I_н.вст.=6 А.

3.3 Выбираем сечение провода АПРТО при прокладке в трубах по [Л. 1, табл.1.3.5].

В [Л.2, с. 141] указано, что сечения жил при защите сетей от токов перегрузки во взрывоопасных зонах классов В-I (1), В-Iа (2), В-II (21), В-IIа (22) выбирают по условию I_д ≥ 1,25 I_н.вст., поэтому для всех 7 групп освещения имеем:

I_д ≥1,25ּ6=7,5 А.

А из табл. 1.3.5, [Л.1] для этого тока выбираем двухжильный провод минимального сечения S=2мм², для которого I_д =17 А.

3.4 Проверяем соответствие выбранных плавких вставок для групп освещения и сечений проводов по условию [Л. 4, с. 45]

I_н.вст. ≤ 0,8ּI_д,

т.е. мы имеем 6≤0,8ּ17=13,6 А – условие выполнено.

3.5 Определяем токи магистралей освещения I_м1 и I_м2:

где n_м1 – количество светильников, получающих питание по первой магистрали освещения. Следовательно,

Аналогично

где n_м2 – количество светильников, получающих питание по второй магистрали освещения, следовательно,

3.6 Выбираем номинальные токи плавких вставок предохранителей для магистралей освещения по условиям:

I_{н.вст.м1} ≥ I_м1 и I_{н.вст.м2} ≥ I_м2.

В соответствии с этими условиями из [Л.2, приложение П7, с. 389] для первой магистрали освещения выбираем предохранитель ПР-2 и I_{н.вст.м1}=15 А (I_{н.предохранителя1}=10), а для второй магистрали освещения выбираем предохранитель ПР-2 и I_{н.вст.м2}=20 А ( I_{н.предохранителя2}=60).

3.7 Выбираем сечения двухжильных проводов АПРТО для магистралей освещения при прокладке в трубах по табл.1.3.5 ПУЭ:

S_м1=S_м2=2 мм².

Этому сечению соответствует длительно допустимый ток

I_д.м1=I_д.м2=17А.

3.8 Проверяем селективность действия защиты групп и магистралей освещения по условию [Л.2, с. 107]:

- для первой магистрали освещения и групп освещения, питающихся по ней

откуда после подстановки значений имеем - условие выполнено;

- для второй магистрали освещения и групп освещения, питающихся по ней

откуда после подстановки значений имеем - условие выполнено.

3.9 Проверяем соответствие выбранных плавких вставок для магистралей освещения и сечений проводов магистралей освещения по условиям при защите от токов перегрузки во взрывоопасных зонах классов В-I (1), В-Iа (2), В-II (21), В-IIа (22):

I_{н.вст.м1} ≤ I_д.м1, откуда после подстановки значений имеем 15 ≤ 17 – условие выполнено;

I_{н.вст.м2} ≤ I_д.м2, откуда после подстановки значений имеем 20 ≤ 17 – условие не выполнено, поэтому для второй магистрали освещения выбираем сечение S_м2 = 3 мм², которому соответствует I_д.м2 =22 А.Тогда 20 ≤ 22 – условие выполнено.

Рис.1 Сема силовой сети.

Рис.2 Схема сети освещения.

Пример 3.

Разработать молниезащиту помещения для хранения баллонов с ацетиленом, расположенного в г. Великие Луки. Габариты здания: длина (L) – 50 м; ширина (S) – 16 м; высота (H) – 12 м; удельное сопротивление грунта в месте расположения помещения (ρ) – 100 Ом∙м.

Требуется:

1. Обосновать необходимость и категорию молниезащиты.

2. Выбрать тип и место установки молниеотвода.

3. Дать описание и эскизы элементов молниеотвода.

4. Рассчитать параметры молниеотвода и его зоны защиты.

5. Построить зону защиты молниеотвода.

6. Дать описание защиты от вторичных проявлений молнии.

Решение:

1. Помещение для хранения баллонов с ацетиленом относится к классу взрывоопасной зоны В-Iа (2) [Л.1, п.7.3.41]. Так как оно находится в Великих Луках, где среднегодовая продолжительность гроз 60-80 часов, то в соответствии с табл.1 [Л. 5] требуется молниезащита категории II. Для определения типа зоны молниезащиты по данным [Л. 5, с. 27] определяем удельную плотность ударов молнии в землю n, 1/(км²∙год) в городе Великие Луки. Она равна 5,5 1/(км²∙год).

По формуле N=[(S+6Н)(L+6H)-7,7∙Н²]∙n∙10^-6, где Н – наибольшая высота здания или сооружения в метрах, определяем N – ожидаемое количество поражений молнией нашего здания в год:

N=[(16+6∙12)(50+6∙12)-7,7∙12²]∙5,5∙10^-6=0,053.

Поскольку N=0,053≤1, то по табл.1 [Л. 5] устанавливаем, что тип зоны защиты будет Б.

2. Здание для хранения баллонов с ацетиленом протяженное, поэтому выбираем одиночный тросовый молниеотвод. В соответствии с п. 2.14 [Л. 5] при установке отдельно стоящих молниеотводов для объектов II категории молниезащиты расстояние от них по воздуху и земле до защищаемого объекта и вводимых в него подземных коммуникаций не нормируется; в соответствии с п.2.15,а [Л. 5] корпуса установок из железобетона (наше помещение из железобетона) должны быть оборудованы молниеотводами, установленными на защищаемом объекте или отдельно стоящими. Поэтому опоры одиночного тросового молниеотвода установим на торцевых стенках нашего здания.

3. Опоры тросовых молниеотводов должны быть рассчитаны с учетом натяжения троса и действия на него ветровой и гололедной нагрузок [Л. 5, п .3.1]. Опоры отдельно стоящих молниеотводов могут выполняться из стали любой марки, железобетона и дерева [Л. 5, п. 3.2]. В нашем случае установим опоры из стали.

Тросовые молниеприемники должны быть выполнены из стальных многопроволочных канатов сечением не менее 35 мм² [Л. 5, п. 3.3]. Мы используем именно такой молниеприемник сечением 35 мм².

Соединение молниеприемников с токоотводами и токоотводов с заземлителем должны выполняться, как правило, сваркой [Л. 5, п. 3.4], поэтому такое соединение используем и мы.

Токоотводы, соединяющие молниеприемник с заземлителями, выполняем в соответствии с табл. 3 и п. 3.5 [Л. 5] круглыми из стали диаметром 6 мм при прокладке снаружи здания и диаметром 10 мм при прокладке в земле. Токоотводы прокладываем по наружным торцевым стенкам здания кратчайшим путем [Л. 5, п. 3.6]. В качестве заземлителей используем искусственные стальные трехстержневые заземлители, рекомендуемые в табл. 2 [Л. 5], эскиз которых приведен ниже (см. рис. 3).

4. Расчет параметров одиночного тросового молниеотвода с зоной защиты Б производим в соответствии с [Л. 5, с. 30-31] по формулам:

h=(r_x+1,85∙h_x):1,7,

где h – высота троса в середине пролета; r_x=S/2=16/2=8 м; h_x=H=12 м, следовательно, h=(8+1,85∙12):1,7=17,8 м; h_оп=h+2=17,8+2=19,8 м; h_o=0,92∙h=0,92∙17,8=16,4 м; r_o=1,7∙h=1,7∙17,8=30,3 м.

По полученным значениям параметров строим зону защиты одиночного тросового молниеотвода (см. рис. 5).

5. В соответствии с [Л. 5, п. 2.20] для защиты зданий и сооружений II категории молниезащиты от вторичных проявлений молнии предусмотрены следующие мероприятия:

а) металлические корпуса всего оборудования и аппаратов, установленных в защищаемом здании, присоединены к заземляющему устройству электроустановок (в качестве заземлителей молниезащиты допускается использовать все рекомендуемые Л.1 заземлители электроустановок, кроме нулевых проводов воздушных линий электропередачи напряжением до 1 кВ);

б) внутри здания между трубопроводами и другими протяженными металлическими конструкциями в местах их сближения на расстояние менее 10 см через каждые 30 м выполнены перемычки из стальной проволоки диаметром 5 мм или стальной ленты сечением 24 мм²; для кабелей с металлическими оболочками или броней перемычки выполнены из гибкого медного проводника;

в) во фланцевых соединениях трубопроводов внутри здания обеспечена затяжка не менее четырех болтов на каждый фланец.

Защита от заноса высокого потенциала по подземным коммуникациям осуществлена присоединением их на вводе в здание к заземлителю электроустановок или защиты от прямых ударов молнии [Л. 5, п. 2.22].

Защита от заноса высокого потенциала по внешним наземным (надземным) коммуникациям выполнена путем их присоединения на вводе в здание к заземлителю электроустановок или защиты от прямых ударов молнии, а на ближайшей к вводу опоре коммуникации – к ее железобетонному фундаменту. В [Л. 5, п. 2.23] указано, что при невозможности использования фундамента (в средне- и сильноагрессивных грунтах, где защита железобетона от коррозии выполняется эпоксидными и другими полимерными покрытиями, а также при влажности грунта м