Температура электрической искры. Электрическая искра

10.03.2020

Расчет параметров источников пожара (взрыва)

На этом этапе необходимо оценить возможность источников зажигания инициировать горючие вещества.

В расчете принято четыре источника зажигания:

а) вторичное действие молнии;

б) искры короткого замыкания;

в) искры электросварки;

г) колба лампы накаливания.

д) горящую изоляцию электрокабеля (провода)

Вторичное воздействие молнии

Опасность вторичного воздействия молнии заключается в искровых разрядах, возникающих в результате индукционного и электромагнитного воздействия атмосферного электричества на производственное оборудование, трубопроводы и строительные конструкции. Энергия искрового разряда превышает 250 мДж и достаточна для воспламенения горючих веществ с минимальной энергией зажигания до 0,25 Дж.

Вторичное действие удара молнии опасно для газа, который заполнил весь объём помещения.

Термическое действие токов короткого действия

Ясно, что при коротком замыкании, когда отказывает аппарат защиты, появившиеся искры способны воспламенить ЛВЖ и взорвать газ (эта возможность оценивается ниже). Когда срабатывает защита, ток короткого замыкания длится короткое время и способен только воспламенить поливинилхлоридную проводку.

Температура проводника t пр о С, нагреваемого током короткого замыкания, вычисляется по формуле

где t н - начальная температура проводника, о С;

I к.з. - ток короткого замыкания, А;

R - сопротивление (активное) проводника, Ом;

к.з. - продолжительность короткого замыкания, с;

С пр - теплоёмкость материала провода, Дж*кг -1 *К -1 ;

m пр - масса провода, кг.

Чтобы проводка воспламенилась необходимо, чтобы температура t пр была больше температуры воспламенения поливинилхлоридной проводки t вос.пр. =330 о С.

Начальную температуру проводника принимаем равной температуре окружающей среде 20 о С. Выше в главе 1.2.2 были рассчитаны активное сопротивление проводника (Ra=1,734 Ом) и ток короткого замыкания (I к.з. =131,07 А). Теплоёмкость меди С пр =400 Дж*кг -1 *К -1 . Масса провода есть произведение плотности на объём, а объём - произведение длины L на площадь сечения проводника S

m пр =*S*L (18)

По справочнику находим значение =8,96*10 3 кг/м 3 . В формулу (18) подставляем значение площади сечения второго провода, из табл. 11, самого короткого, то есть L=2 м и S=1*10 -6 м. Масса провода равна

m пр =8,96*10 3 *10 -6 *2=1,792*10 -2

При продолжительности короткого замыкания к.з. =30 мс, по табл.11, проводник нагреется до температуры

Данной температуры не хватит, чтобы воспламенить поливинилхлоридную проводку. А если отключит защита, то необходимо будет посчитать вероятность загорания поливинилхлоридной проводки.

Искры короткого замыкания

При коротком замыкании возникают искры, которые имеют начальную температуру 2100 о С и способны воспламенить ЛВЖ и взорвать газ.

Начальная температура медной капли 2100 о С . Высота, на которой происходит короткое замыкание, 1 м, а расстояние до лужи ЛВЖ 4 м. Диаметр капли d к =2,7 мм или d к =2,7*10 -3 .

Количество теплоты, которое капля металла способна отдать горючей среде при остывании до температуры её воспламенения, рассчитывается следующим образом: среднюю скорость полёта капли металла при свободном падении w ср, м/с, вычисляют по формуле

где g - ускорение свободного падения, 9,81 м/с 2 ;

Н - высота падения, 1 м.

Получаем, что средняя скорость полёта капли при свободном падении

Продолжительность падения капли может быть рассчитана по формуле

Затем вычисляют объём капли Vк по формуле

Масса капли m к, кг:

где - плотность металла в расплавленном состоянии, кг*м -3 .

Плотность меди в расплавленном состоянии (по данным преподавателя) равна 8,6*10 3 кг/м 3 , а масса капли по формуле (22)

m к =8,6*10 3 *10,3138*10 -9 =8,867*10 -5

Время полёта капли металла в расплавленном (жидком) состоянии р, с.:

где С р - удельная теплоёмкость расплава материала капли, для меди С р =513 Дж*кг -1 *К -1 ;

S к - площадь поверхности капли, м 2 , S к =0,785d к 2 =5,722*10 -6 ;

Т н, Т пл - температура капли в начале полёта и температура плавления металла, соответственно, Т н =2373 К, Т пл =1083 К ;

Т о - температура окружающего воздуха, Т о =293 К;

Коэффициент теплоотдачи, Вт*м -2 *К -1 .

Коэффициент теплоотдачи рассчитывается следующей последовательности:

1) сначала вычисляют число Рейнольдса

где v=1,51*10 -5 1/(м 2 *с) - коэффициент кинематической вязкости воздуха при температуре 293 К,

где =2,2*10 -2 Вт*м -1 *К -1 - коэффициент теплопроводности воздуха,

1*10 2 Вт*м -2 *К -1 .

Рассчитав коэффициент теплоотдачи найдем время полёта капли металла в расплавленном (жидком) состоянии по формуле (23)

Так как < р, то конечную температуру капли определяют по формуле

Температура самовоспламенения пропана 466 о С, а температура капли (искры) к моменту подлета её к луже ЛВЖ 2373 К или 2100 о С. При данной температуре изопрен возгорится и будет устойчиво гореть, а пропан взорвется ещё при возникновении искры короткого замыкания. Температура вспышки изопрена -48 0 С.

Искровой разряд

Искрово́й разря́д (искра электрическая) - нестационарная форма электрического разряда , происходящая в газах . Такой разряд возникает обычно при давлениях порядка атмосферного и сопровождается характерным звуковым эффектом - «треском» искры. Температура в главном канале искрового разряда может достигать 10 000 . В природе искровые разряды часто возникают в виде молний . Расстояние, «пробиваемое» искрой в воздухе, зависит от напряжения и считается равным 10 кВ на 1 сантиметр.

Условия

Искровой разряд обычно происходит, если мощность источника энергии недостаточна для поддержания стационарного дугового разряда или тлеющего разряда . В этом случае одновременно с резким возрастанием разрядного тока напряжение на разрядном промежутке в течение очень короткого времени (от несколько микросекунд до нескольких сотен микросекунд) падает ниже напряжения погасания искрового разряда, что приводит к прекращению разряда. Затем разность потенциалов между электродами вновь растет, достигает напряжения зажигания и процесс повторяется. В других случаях, когда мощность источника энергии достаточно велика, также наблюдается вся совокупность явлений, характерных для этого разряда, но они являются лишь переходным процессом, ведущим к установлению разряда другого типа - чаще всего дугового . Если источник тока не способен поддерживать самостоятельный электрический разряд в течение длительного времени, то наблюдается форма самостоятельного разряда, называемая искровым разрядом.

Природа

Искровой разряд представляет собой пучок ярких, быстро исчезающих или сменяющих друг друга нитевидных, часто сильно разветвленных полосок - искровых каналов. Эти каналы заполнены плазмой , в состав которой в мощном искровом разряде входят не только ионы исходного газа, но и ионы вещества электродов , интенсивно испаряющегося под действием разряда. Механизм формирования искровых каналов (и, следовательно, возникновения искрового разряда) объясняется стримерной теорией электрического пробоя газов. Согласно этой теории, из электронных лавин, возникающих в электрическом поле разрядного промежутка, при определенных условиях образуются стримеры - тускло светящиеся тонкие разветвленные каналы, которые содержат ионизированные атомы газа и отщепленные от них свободные электроны. Среди них можно выделить т. н. лидер - слабо светящийся разряд, «прокладывающий» путь для основного разряда. Он, двигаясь от одного электрода к другому, перекрывает разрядный промежуток и соединяет электроды непрерывным проводящим каналом. Затем в обратном направлении по проложенному пути проходит главный разряд, сопровождаемый резким возрастанием силы тока и количества энергии, выделяющегося в них. Каждый канал быстро расширяется, в результате чего на его границах возникает ударная волна. Совокупность ударных волн от расширяющихся искровых каналов порождает звук, воспринимаемый как «треск» искры (в случае молнии - гром).

Напряжение зажигания искрового разряда, как правило, достаточно велико. Напряженность электрического поля в искре понижается от нескольких десятков киловольт на сантиметр (кв/см) в момент пробоя до ~100 вольт на сантиметр (в/см) спустя несколько микросекунд. Максимальная сила тока в мощном искровом разряде может достигать значений порядка нескольких сотен тысяч ампер.

Особый вид искрового разряда - скользящий искровой разряд , возникающий вдоль поверхности раздела газа и твёрдого диэлектрика, помещенного между электродами, при условии превышения напряженностью поля пробивной прочности воздуха. Области скользящего искрового разряда, в которых преобладают заряды какого-либо одного знака, индуцируют на поверхности диэлектрика заряды другого знака, вследствие чего искровые каналы стелются по поверхности диэлектрика, образуя при этом так называемые фигуры Лихтенберга . Процессы, близкие к происходящим при искровом разряде, свойственны также кистевому разряду, который является переходной стадией между коронным и искровым.

Поведение искрового разряда очень хорошо можно разглядеть на замедленной съёмке разрядов (Fимп.=500 Гц,U=400 кВ) , полученных с трансформатора Тесла. Средний ток и длительность импульсов недостаточна для зажигания дуги, но для образования яркого искрового канала вполне пригодна.

Примечания

Источники

А. А. Воробьев, Техника высоких напряжений. - Москва-Ленинград, ГосЭнергоИздат, 1945.
Физическая энциклопедия, т.2 - М.:Большая Российская Энциклопедия стр.218 .
Райзер Ю. П. Физика газового разряда. - 2-е изд. - М .: Наука, 1992. - 536 с. - ISBN 5-02014615-3

См. также

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Искровой разряд" в других словарях:

- (искра), неустановившийся электрич. разряд, возникающий в том случае, когда непосредственно после пробоя разрядного промежутка напряжение на нём падает в течение очень короткого времени (от неск. долей мкс до сотен мкс) ниже величины напряжения… … Физическая энциклопедия

искровой разряд - Электрический импульсный разряд в форме светящейся нити, происходящий при высоком давлении газа и характеризующийся большой интенсивностью спектральных линий ионизированных атомов или молекул. [ГОСТ 13820 77] искровой разряд Полный разряд в… … Справочник технического переводчика

- (искра электрическая) нестационарный электрический разряд в газе, возникающий в электрическом поле при давлении газа до нескольких атмосфер. Отличается извилистой разветвленной формой и быстрым развитием (ок. 10 7 с). Температура в главном канале … Большой Энциклопедический словарь

Kibirkštinis išlydis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. spark discharge vok. Funkenentladung, f; Funkentladung, f rus. искровой разряд, m pranc. décharge par étincelles, f … Fizikos terminų žodynas

Искра, одна из форм электрического разряда в газах; возникает обычно при давлениях порядка атмосферного и сопровождается характерным звуковым эффектом «треском» искры. В природных условиях И. р. наиболее часто наблюдается в виде молнии… … Большая советская энциклопедия

Искра электрическая, нестационарный электрический разряд в газе, возникающий в электрич. поле при давлении газа до неск. сотен кПа. Отличается извилистой разветвлённой формой и быстрым развитием (ок. 10 7 с), сопровождается характерным звуковым… … Большой энциклопедический политехнический словарь

- (искра электрическая), нестационарный электрич. разряд в газе, возникающий в электрич. поле при давлении газа до неск. атм. Отличается извилистой разветвлённой формой и быстрым развитием (ок. 10 7с). Темп pa в гл. канале И. р. достигает 10 000 К … Естествознание. Энциклопедический словарь

В зависимости от давления газа, конфигурации электродов и параметров внешней цепи существует четыре типа самостоятельных разрядов:

тлеющий разряд;
искровой разряд;
дуговой разряд;
коронный разряд.

1. Тлеющий разряд возникает при низких давлениях. Его можно наблюдать в стеклянной трубке с впаянными у концов плоскими металлическими электродами (рис. 8.5). Вблизи катода располагается тонкий светящийся слой, называемый катодной светящейся пленкой 2.

Между катодом и пленкой находится астоново темное пространство 1. Справа от светящейся пленки помещается слабо светящийся слой, называемый катодным темным пространством 3. Этот слой переходит в светящуюся область, которую называют тлеющим свечением 4, с тлеющим пространством граничит тёмный промежуток – фарадеево тёмное пространство 5. Все перечисленные слои образуют катодную часть тлеющего разряда. Вся остальная часть трубки заполнена святящимся газом. Эту часть называют положительным столбом 6.

При понижении давления катодная часть разряда и фарадеево тёмное пространство увеличивается, а положительный столб укорачивается.

Измерения показали, что почти все падения потенциала приходятся на первые три участка разряда (астоново темное пространство, катодная святящаяся плёнка и катодное тёмное пятно). Эту часть напряжения, приложенного к трубке, называют катодным падением потенциала .

В области тлеющего свечения потенциал не изменяется – здесь напряженность поля равна нулю. Наконец, в фарадеевом тёмном пространстве и положительном столбе потенциал медленно растёт.

Такое распределение потенциала вызвано образованием в катодном темном пространстве положительного пространственного заряда, обусловленного повышенной концентрацией положительных ионов.

Положительные ионы, ускоренные катодным падением потенциала, бомбардируют катод и выбивают из него электроны. В астоновом темном пространстве эти электроны, пролетевшие без столкновений в область катодного тёмного пространства, имеют большую энергию, вследствие чего они чаще ионизируют молекулы, чем возбуждают. Т.е. интенсивность свечения газа уменьшается, но зато образуется много электронов и положительных ионов. Образовавшиеся ионы в начале имеют очень малую скорость и потому в катодном тёмном пространстве создаётся положительный пространственный заряд, что и приводит к перераспределению потенциала вдоль трубки и к возникновению катодного падения потенциала.

Электроны, возникшие в катодном тёмном пространстве, проникают в область тлеющего свечения, которая характеризуется высокой концентрацией электронов и положительных ионов коленарным пространственным зарядом, близким к нулю (плазма). Поэтому напряженность поля здесь очень мала. В области тлеющего свечения идёт интенсивный процесс рекомбинации, сопровождающийся излучением выделяющейся при этом энергии. Таким образом, тлеющее свечение есть, в основном, свечение рекомбинации.

Из области тлеющего свечения в фарадеево тёмное пространство электроны и ионы проникают за счёт диффузии. Вероятность рекомбинации здесь сильно падает, т.к. концентрация заряженных частиц невелика. Поэтому в фарадеевом тёмном пространстве имеется поле. Увлекаемые этим полем электроны накапливают энергию и часто в конце концов возникают условия, необходимые для существования плазмы. Положительный столб представляет собой газоразрядную плазму. Он выполняет роль проводника, соединяющего анод с катодными частями разряда. Свечение положительного столба вызвано, в основном, переходами возбужденных молекул в основное состояние.

2. Искровой разряд возникает в газе обычно при давлениях порядка атмосферного. Он характеризуется прерывистой формой. По внешнему виду искровой разряд представляет собой пучок ярких зигзагообразных разветвляющихся тонких полос, мгновенно пронизывающих разрядный промежуток, быстро гаснущих и постоянно сменяющих друг друга (рис. 8.6). Эти полоски называют искровыми каналами .

Т газа = 10 000 К

~ 40 см I = 100 кА t = 10 –4 c l ~ 10 км

После того, как разрядный промежуток «пробит» искровым каналом, сопротивление его становится малым, через канал проходит кратковременный импульс тока большой силы, в течение которого на разрядный промежуток приходится лишь незначительное напряжение. Если мощность источника не очень велика, то после этого импульса тока разряд прекращается. Напряжение между электродами начинает повышаться до прежнего значения, и пробой газа повторяется с образованием нового искрового канала.

В естественных природных условиях искровой разряд наблюдается в виде молнии. На рисунке 8.7 изображен пример искрового разряда – молния, продолжительностью 0,2 ÷ 0,3 с силой тока 10 4 – 10 5 А, длиной 20 км (рис. 8.7).

3. Дуговой разряд . Если после получения искрового разряда от мощного источника постепенно уменьшать расстояние между электродами, то разряд из прерывистого становится непрерывным, возникает новая форма газового разряда, называемая дуговым разрядом (рис. 8.8).


~ 10 3 А
Рис. 8.8

При этом ток резко увеличивается, достигая десятков и сотен ампер, а напряжение на разрядном промежутке падает до нескольких десятков вольт. Согласно В.Ф. Литкевичу (1872 – 1951), дуговой разряд поддерживается, главным образом, за счет термоэлектронной эмиссии с поверхности катода. На практике – это сварка, мощные дуговые печи.

4. Коронный разряд (рис. 8.9).возникает в сильном неоднородном электрическом поле при сравнительно высоких давлениях газа (порядка атмосферного). Такое поле можно получить между двумя электродами, поверхность одного из которых обладает большой кривизной (тонкая проволочка, острие).

Наличие второго электрода необязательна, но его роль могут играть ближайшие, окружающие заземленные металлические предметы. Когда электрическое поле вблизи электрода с большой кривизной достигает примерно 3∙10 6 В/м, вокруг него возникает свечение, имеющее вид оболочки или короны, откуда и произошло название заряда.

Страница 5 из 14

Удары твердых тел с образованием искр.

При определенной силе удара некоторых твердых тел друг о друга могут образовываться искры, которые называют искрами удара или трения.

Искры представляют собой нагретые до высокой температуры (раскаленные) частицы металла или камня (в зависимости от того, какие твердые тела участвуют в соударении) размером от 0,1 до 0,5 мм и более.

Температура искр удара из обычных конструкционных сталей достигает температуры плавления металла - 1550 °С.

Несмотря на высокую температуру искры ее воспламеняющая способность сравнительно невысока, т. к. из-за малых размеров (массы) запас тепловой энергии искры очень мал. Искры способны воспламенить парогазовоздушные смеси, имеющие малый период индукции, небольшую минимальную энергию зажигания. Наибольшую опасность в этой связи представляют ацетилен, водород, этилен, оксид углерода и сероуглерод.

Воспламеняющая способность искры, находящейся в покое, выше летящей, так как неподвижная искра медленнее охлаждается, она отдает тепло одному и тому же объему горючей среды и, следовательно, может его нагреть до более высокой температуры. Поэтому искры, находящиеся в покое, способны воспламенить даже твердые вещества в измельченном виде (волокна, пыли).

Искры в условиях производства образуются при работе с инструментом ударного действия (гаечными ключами, молотками, зубилами и т. п.), при попадании примесей металла и камней в машины с вращающимися механизмами (аппараты с мешалками, вентиляторы, газодувки и т. п.), а также при ударах подвижных механизмов машины о неподвижные (молотковые мельницы, вентиляторы, аппараты с откидными крышками, люками и т. п.).

Мероприятия по предупреждению опасного проявления искр от удара и трения:

Применение во взрывоопасных зонах (помещениях) применять искробезопасного инструмента.
Обдув чистым воздухом места производства ремонтных и др. работ.
Исключение попадания в машины металлических примесей и камней (магнитные уловители и камнеуловители).
Для предупреждения искр от ударов подвижных механизмов машин о неподвижные:
1. тщательная регулировка и балансировка валов;
2. проверка зазоров между этими механизмами;
3. недопущение перегрузки машин.
Применять искробезопасные вентиляторы для транспортировки паро- и газовоздушных смесей, пылей и твердых горючих материалов.
В помещениях получения и хранения ацетилена, этилена и т.п. полы выполнять из неискрящего материала или застилать их резиновыми ковриками.

Поверхностное трение тел.

Перемещение относительно друг друга соприкасающихся тел требует затраты энергии на преодоление сил трения. Эта энергия почти целиком превращается в теплоту, которая, в свою очередь, зависит от вида трения, свойств трущихся поверхностей (их природы, степени загрязнения, шероховатости), от давления, размера поверхности и начальной температуры. При нормальных условиях выделяющееся тепло своевременно отводится, и этим обеспечивается нормальный температурный режим. Однако при определенных условиях температура трущихся поверхностей может повыситься до опасных значений, при которых они могут стать источником зажигания.

Причинами роста температуры трущихся тел в общем случае является увеличение количества тепла или уменьшение теплоотвода. По этим причинам в технологических процессах производств происходят опасные перегревы подшипников, транспортных лент и приводных ремней, волокнистых горючих материалов при наматывании их на вращающиеся валы, а также твердых горючих материалов при их механической обработке.

Мероприятия по предупреждению опасного проявления поверхностного трения тел:

Замена подшипников скольжения на подшипники качения.
Контроль за смазкой, температурой подшипников.
Контроль за степенью натяжения транспортерных лент, ремней, не допущение работы машин с перегрузкой.
Замена плоскоременных передач на клиноременные.
Для предупреждения наматывания волокнистых материалов на вращающиеся валы используют:
1. применение свободнонасаженных втулок, кожухов и т.п. для защиты открытых участков валов от контакта с волокнистым материалом;
2. предотвращение перегрузки;
3. устройство специальных ножей для срезания наматывающихся волокнистых материалов;
4. установка минимальных зазоров между валом и подшипником.
При механической обработке горючих материалов необходимо:
1. соблюдать режим резания,
2. своевременно затачивать инструмент,
3. использовать локальное охлаждения места резания (эмульсии, масла, вода и т.п.).

4.9. На основании собранных данных вычисляют коэффициент безопасности K s в следующей последовательности.
4.9.1. Вычисляют среднее время существования пожаровзрывоопасного события (t0) (среднее время нахождения в отказе) по формуле
(68)
где tj - время существования i -го пожаровзрывоопасного события, мин;
m - общее количество событий (изделий);
j - порядковый номер события (изделия).
4.9.2. Точечную оценку дисперсии (D 0) среднего времени существования пожаровзрывоопасного события вычисляют по формуле
(69)
4.9.3. Среднее квадратическое отклонение () точечной оценки среднего времени существования события - t0 вычисляют по формуле
(70)
4.9.4. Из табл. 5 выбирают значение коэффициента t b в зависимости от числа степеней свободы (m -1) при доверительной вероятности b=0,95.
Таблица 5

m -1	1	2	От 3 до 5	От 6 до 10	От 11 до 20	20
t b	12,71	4,30	3,18	2,45	2,20	2,09

4.9.5. Коэффициент безопасности (K б) (коэффициент, учитывающий отклонение значения параметра t0, вычисленного по формуле (68), от его истинного значения) вычисляют из формулы
(71)
4.9.6. При реализации в течение года только одного события коэффициент безопасности принимают равным единице.
5. Определение пожароопасных параметров тепловых источников интенсивности отказов элементов
5.1. Пожароопасные параметры тепловых источников
5.1.1. Разряд атмосферного электричества
5.l.l.l. Прямой удар молнии
Опасность прямого удара молнии заключается в контакте горючей среды с каналом молнии, температура в котором достигает 30000°С при силе тока 200000 А и времени действия около 100 мкс. От прямого удара молнии воспламеняются все горючие среды.
5.1.1.2. Вторичное воздействие молнии
Опасность вторичного воздействия молнии заключается в искровых разрядах, возникающих в результате индукционного и электромагнитного воздействия атмосферного электричества на производственное оборудование, трубопроводы и строительные конструкции. Энергия искрового разряда превышает 250 мДж и достаточна для воспламенения горючих веществ с минимальной энергией зажигания до 0,25 Дж.
5.1.1.3. Занос высокого потенциала
Занос высокого потенциала в здание происходит по металлическим коммуникациям не только при их прямом поражении молнией, но и при расположении коммуникаций в непосредственной близости от молниеотвода. При соблюдении безопасных расстояний между молниеотводами и коммуникациями энергия возможных искровых разрядов достигает значений 100 Дж и более, то есть достаточна для воспламенения всех горючих веществ.
5.1.2. Электрическая искра (дуга)
5.1.2.1. Термическое действие токов короткого замыкания
Температуру проводника (t пр), °С, нагреваемого током короткого замыкания, вычисляют по формуле

(72)
где t н - начальная температура проводника, °С;
I к.з - ток короткого замыкания, А;
R - сопротивление проводника, Oм;
tк.з - время короткого замыкания, с;
С пр - теплоемкость проводника, Дж×кг-1×К-1;
m пр - масса проводника, кг.
Воспламеняемость кабеля и проводника с изоляцией зависит от значения кратности тока короткого замыкания I к.з, т. е. от значения отношения I к.з к длительно допустимому току кабеля или провода. Если эта кратность больше 2,5, но меньше 18 для кабеля и 21 для провода, то происходит воспламенение поливинилхлоридной изоляции.
5.1.2.2. Электрические искры (капли металла)
Электрические искры (капли металла) образуются при коротком замыкании электропроводки, электросварке и при плавлении электродов электрических ламп накаливания общего назначения. Размер капель металла при этом достигает 3 мм (при потолочной сварке - 4 мм). При коротком замыкании и электросварке частицы вылетают во всех направлениях, и их скорость не превышает 10 и 4 м×с-1 соответственно. Температура капель зависит от вида металла и равна температуре плавления. Температура капель алюминия при коротком замыкании достигает 2500 °С, температура сварочных частиц и никелевых частиц ламп накаливания достигает 2100 °C. Размер капель при резке металла достигает 15-26 мм, скорость - 1 м×с-1 температура 1500 °C. Температура дуги при сварке и резке достигает 4000 °С, поэтому дуга является источником зажигания всех горючих веществ.
Зона разлета частиц при коротком замыкании зависит от высоты расположения провода, начальной скорости полета частиц, угла вылета и носит вероятностный характер. При высоте расположения провода 10 м вероятность попадания частиц на расстояние 9 м составляет 0,06; 7м-0,45 и 5 м-0,92; при высоте расположения 3 м вероятность попадания частиц на расстояние 8 м составляет 0,01, 6 м - 0,29 и 4 м- 0,96, а при высоте 1 м вероятность разлета частиц на 6 м- 0,06, 5 м - 0,24, 4 м - 0,66 и 3 м - 0,99.
Количество теплоты, которое капля металла способна отдать горючей среде при остывании до температуры ее самовоспламенения, рассчитывают следующим способом.
Среднюю скорость полета капли металла при свободном падении (wк), м×с-1, вычисляют по формуле
(73)
где g =9,8l м×с-1 - ускорение свободного падения;
Н - высота падения, м.
Объем капли металла (V к), м3, вычисляют по формуле

(74)
где d k - диаметр капли, м.
Массу капли (m k), кг, вычисляют по формуле
(75)
где r - плотность металла, кг×м-3.
В зависимости от продолжительности полета капли возможны три ее состояния: жидкое, кристаллизации, твердое.
Время полета капли в расплавленном (жидком) состоянии (tp), с, рассчитывают по формуле

(76)
где C p - удельная теплоемкость расплава металла, Дж×к-1К-1;
m k - масса капли, кг;
S k=0,785 - площадь поверхности капли, м2;
Т н, Т пл - температура капли в начале полета и температура плавления металла соответственно, К;
Т 0 - температура окружающей среды (воздуха), К;
a - коэффициент теплоотдачи, Вт, м-2 К-1.
Коэффициент теплоотдачи определяют в следующей последовательности:
а) вычисляют число Рейнольдса по формуле
(77)
где d k - диаметр капли м;
v = 15,1×10-6 - коэффициент кинематической вязкости воздуха при температуре 20°С, м-2×с-1.
б) вычисляют критерий Нуссельта по формуле
(78)
в) вычисляют коэффициент теплоотдачи по формуле
, (79)
где lВ=22×10-3 - коэффициент теплопроводности воздуха, Вт×м-1× -К-1.
Если t£tр, то конечную температуру капли определяют по формуле

(80)
Время полета капли, в течение которого происходит ее кристаллизация, определяют по формуле

(81)
где С кр - удельная теплота кристаллизации металла, Дж×кг-1.
Если tр (82)
Если t>(tр+tкр), то конечную температуру капли в твердом состоянии определяют по формуле
(83)
где С к - удельная теплоемкость металла, Дж кг -1×K-1.
Количество тепла (W ), Дж, отдаваемое каплей металла твердому или жидкому горючему материалу, на который она попала, вычисляют по формуле
(84)
где Т св - температура самовоспламенения горючего материала, К;
К - коэффициент, равный отношению тепла, отданного горючему веществу, к энергии, запасенной в капле.
Если отсутствует возможность определения коэффициента К , то принимают К =1.
Более строгое определение конечной температуры капли может быть проведено при учете зависимости коэффициента теплоотдачи от температуры.
5.1.2.3. Электрические лампы накаливания общего назначения
Пожарная опасность светильников обусловлена возможностью контакта горючей среды с колбой электрической лампы накаливания, нагретой выше температуры самовоспламенения горючей среды. Температура нагрева колбы электрической лампочки зависит от мощности лампы, ее размеров и расположения в пространстве. Зависимость максимальной температуры на колбе горизонтально расположенной лампы от ее мощности и времени приведена на черт. 3.

Черт. 3

5.1.2.4. Искры статического электричества
Энергию искры (W и), Дж, способной возникнуть под действием напряжения между пластиной и каким-либо заземленным предметом, вычисляют по запасенной конденсатором энергии из формулы
(85)
где С - емкость конденсатора, Ф;
U - напряжение, В.
Разность потенциалов между заряженным телом и землей измеряют электрометрами в реальных условиях производства.

Если W и³0,4 W м.э.з (W м.э.з ¾ минимальная энергия зажигания среды), то искру статического электричества рассматривают как источник зажигания.
Реальную опасность представляет “контактная” электризация людей, работающих с движущимися диэлектрическими материалами. При соприкосновении человека с заземленным предметом возникают искры с энергией от 2,5 до 7,5 мДж. Зависимость энергии электрического разряда с тела человека и от потенциала зарядов статического электричества показана на черт. 4.
5.1.3. Механические (фрикционные) искры (искры от удара и трения)
Размеры искр удара и трения, которые представляют собой раскаленную до свечения частичку металла или камня, обычно не превышают 0,5 мм, а их температура находится в пределах температуры плавления металла. Температура искр, образующихся при соударении металлов, способных вступать в химическое взаимодействие друг с другом с выделением значительного количества тепла, может превышать температуру плавления и поэтому ее определяют экспериментально или расчетом.
Количество теплоты, отдаваемое искрой при охлаждении от начальной температуры t н до температуры самовоспламенения горючей среды t св вычисляют но формуле (84), а время остывания t - следующим образом.
Отношение температур (Qп) вычисляют по формуле
(86)
где t в - температура воздуха, °С.
Коэффициент теплоотдачи (a ), Вт×м-2×К-1, вычисляют по формуле
(87)
где w и - скорость полета искры, м×с-1.
Скорость искры (w и), образующейся при ударе свободно падающего тела, вычисляют по формуле
(88)
а при ударе о вращающееся тело по формуле
(89)
где n - частота вращения, с-1;
R - радиус вращающегося тела, м.
Скорость полета искр, образующихся при работе с ударным инструментом, принимают равной 16 м×с-1, а с высекаемых при ходьбе в обуви, подбитой металлическими набойками или гвоздями, 12 м×с-1.
Критерий Био вычисляют по формуле
(90)
где d и - диаметр искры, м;
lи - коэффициент теплопроводности металла искры при температуре самовоспламенения горючего вещества (t св), Вт м -1×K-1.
По значениям относительной избыточной температуры qп и критерия В i определяют по графику (черт. 5) критерий Фурье.

Черт. 5

Длительность остывания частицы металла (t), с, вычисляют по формуле
(91)
где F 0 - критерий Фурье;
С и - теплоемкость металла искры при температуре самовоспламенения горючего вещества, Дж×кг-1×К-1;
rи - плотность металла искры при температуре самовоспламенения горючего вещества, кг×м-3.
При наличии экспериментальных данных о поджигающей способности фрикционных искр вывод об их опасности для анализируемой горючей среды допускается делать без проведения расчетов.
5.1.4. Открытое пламя и искры двигателей (печей)
Пожарная опасность пламени обусловлена интенсивностью теплового воздействия (плотностью теплового потока), площадью воздействия, ориентацией (взаимным расположением), периодичностью и временем его воздействия на горючие вещества. Плотность теплового потока диффузионных пламен (спички, свечи, газовой горелки) составляет 18-40 кВт×м-2, а предварительно перемешанных (паяльные лампы, газовые горелки) 60-140 кВт×м-2 В табл. 6 приведены температурные и временные характеристики некоторых пламен и малокалорийных источников тепла.
Таблица 6

Наименование горящего вещества (изделия) или пожароопасной операции	Температура пламени (тления или нагрева), оС	Время горения (тления), мин
Легковоспламеняющиеся и горючие жидкости	880	¾
Древесина и лесопиломатериалы	1000	-
Природные и сжиженные газы	1200	-
Газовая сварка металла	3150	-
Газовая резка металла	1350	-
Тлеющая папироса	320-410	2-2,5
Тлеющая сигарета	420¾460	26-30
Горящая спичка	600¾640	0,33

Открытое пламя опасно не только при непосредственном контакте с горючей средой, но и при ее облучении. Интенсивность облучения (g р), Вт×м-2, вычисляют по формуле

(92)
где 5,7 - коэффициент излучения абсолютно черного тела, Вт×м-2×К-4;
eпр - приведенная степень черноты системы

(93)
eф - степень черноты факела (при горении дерева равна 0,7, нефтепродуктов 0,85);
eв - степень черноты облучаемого вещества принимают по справочной литературе;
Т ф - температура факела пламени, К,
Т св - температура горючего вещества, К;
j1ф- коэффициент облученности между излучающей и облучаемой поверхностями.
Критические значения интенсивности облучения в зависимости от времени облучения для некоторых веществ приведены в табл. 7.
Пожарная опасность искр печных труб, котельных, труб паровозов и тепловозов, а также других машин, костров, в значительной степени определяется их размером и температурой. Установлено, что искра диаметром 2 мм пожароопасна, если имеет температуру около 1000°С, диаметром 3 мм-800 °С, диаметром 5 мм-600 °С.
Теплосодержание и время остывания искры до безопасности температуры вычисляют по формулам (76 и 91). При этом диаметр искры принимают 3 мм, а скорость полета искры (wи), м×с-1, вычисляют по формуле

(94)
где wв - скорость ветра, м×с-1;
H - высота трубы, м.
Таблица 7

Материал	Минимальная интенсивность облучения, Вт×м-2, при продолжительности облучения, мин
	3	5	15
Древесина (сосна влажностью 12%)	18800	16900	13900
Древесно-стружечная плита плотностью 417 кг×м-3	13900	11900	8300
Торф брикетный	31500	24400	13200
Торф кусковой	16600	14350	9800
Хлопок-волокно	11000	9700	7500
Слоистый пластик	21600	19100	15400
Стеклопластик	19400	18600	17400
Пергамин	22000	19750	17400
Резина	22600	19200	14800
Уголь	¾	35000	35000