Гражданская оборона: стійкість лабораторії до впливу Електромагнітного Импульса (ЭМИ)

4 громадянська оборона.

Необхідно оцінити стійкість лабораторії фізики твердого тіла до впливу електромагнітного імпульсу (ЭМИ) ядерного вибуху, і запропонувати заходи щодо підвищення устойчивости.

4.1 Основні положения.

Однією з основних цілей ДО є проведення заходів, вкладених у підвищення стійкості роботи об'єктів за умов надзвичайних ситуацій (НС) мирного й військової времени.

Під сталістю роботи промислового об'єкта розуміють здатність їх у умовах НС випускати продукцію у запланованих об'ємі та номенклатурі, а і при отриманні слабких і середніх руйнацій чи порушенні зв’язків для кооперації і поставкам відновлювати виробництво мінімальні сроки.

Під сталістю роботи об'єктів, безпосередньо не які виробляють матеріальних цінностей, розуміють здатність їх виконувати своїх функцій в умовах ЧС.

На стійкість роботи об'єктів народного господарства за НС впливають такі чинники [15]: 1) надійність захисту робітників і службовців від впливу надзвичайних подій; 2) здатність інженерно-технічного комплексу об'єкта протистояти певною мірою ударну хвилю, світловому випромінюванню і радіації; 3) захищеність об'єкта від вторинних вражаючих чинників (пожеж, вибухів, затоплень, заражень сильнодіючими отруйними речовинами); 4) надійність системи постачання об'єкта всім необхідними для продукції (сировиною, паливом, електроенергією, водою тощо.); 5) стійкість і безперервність управління виробництвом і які ДО; 6) підготовленість об'єкта до ведення рятувальних та інших невідкладних робіт та виконання робіт відновлення порушеного производства.

Дослідження стійкості роботи об'єкта народного господарства полягає в всебічне вивчення умов, що потенційно можуть скластися в НС, і у визначенні їхнього впливу виробничу деятельность.

Мета дослідження у тому, щоб виявити уразливі місця у роботі об'єкта в НС та спробу виробити найефективніші рекомендації, спрямовані для підвищення його стійкості. Надалі ці рекомендації входять у план заходів із підвищення стійкості роботи об'єкта, що й реализуется.

Дослідження стійкості підприємств проводиться силами інженернотехнічного персоналу із залученням фахівців науково-дослідних і проектних організацій, що з даним підприємством. Весь процес планування і проведення дослідження можна розділити втричі етапу [15]: 1. Підготовчий этап.

У першому етапі розробляються керівні документи, визначається склад учасників дослідження та організується їх підготовка. 2. Оцінка стійкості роботи об'єкта за умов ЧС.

З другого краю етапі проводиться безпосередньо дослідження стійкості роботи об'єкта в НС. 3. Розробка заходів, що підвищують стійкість роботи объекта.

На етапі підбиваються підсумки проведених досліджень. Групи фахівців із результатам досліджень готують доповіді, у яких викладаються висновків та пропозицій захисту робітників і службовців та підвищення стійкості оцінюваних елементів производства.

На кожному цукрозаводі, виходячи з її призначення, розміщення й специфіки виробництва, заходи щодо підвищення стійкості може бути различными.

На освіту ЭМИ витрачається невелику частину ядерної енергії, проте, він може викликати потужні імпульси струмів і напруг у проводах і кабелях повітряних і підземних ліній зв’язку, сигналізації, управління, електропередачі, в антенах радіостанцій і т.п.

Вплив ЭМИ можуть призвести до сгоранию чутливих електронних і електричних елементів, що з великими антенами чи відкритими проводами, і навіть до серйозних порушень в цифрових і контрольних пристроях, зазвичай без необоротних изменений.

Особливістю ЭМИ як який уражує чинника є його спроможність поширюватися упродовж десятків і сотні кілометрів на навколишньому середовищі по різним комунікацій. Тому ЭМИ може вплинути там, де ударна хвиля, світлове випромінювання і яка проникає радіація втрачають своє значення вражаючі факторы.

При наземних і низьких повітряних вибухи у зоні, радіусом на кілька км від місця вибуху, в лініях зв’язку й електропостачання виникають напруги, які можуть викликати пробою ізоляції дротів і кабелів щодо землі, і навіть пробою ізоляції елементів апаратури і пристроїв, підключених до повітряним і підземним линиям.

Ступінь ушкодження залежить переважно від амплітуди наведеного імпульсу напруги чи струму і електричної міцності оборудования.

Головне завдання захисних пристроїв від ЭМИ — виключити доступ наведених струмів до чутливим вузлам і елементам защищаемого устаткування. Проблема захисту від ЭМИ ускладнюється тим, що імпульс протікає приблизно 50 раз швидше, ніж, наприклад, розряд блискавки, і тому прості газові розрядники у разі малоэффективны.

У кожному конкретному випадку повинні бути знайдені найефективніші і економічно доцільні засоби захисту електронної апаратури і великих розгалужених електротехнічних систем. Розглянемо основні засоби захисту [15]: 1. Екрани і захисні устройства.

Металеві екрани відбивають електромагнітні хвилі і гасять высокочастотную енергію. Через систему заземлення струм, наведений ЭМИ, стікає в землю, не завдаючи шкоди електронної апаратурі, яка перебуває всередині металевих шаф чи коробів. 2. Захист кабелей.

З'єднувальні кабелі за захистом прокладають в земляних траншеях під цементним чи бетонированным підлогою будинків або укладають в сталеві короби, які заземляют. Можна розміщувати кабелю і поверхні поля, закривши їх заземленными швеллерами.

Надійність підвищується, якщо кабель розгалужується і підводиться до кільком шаф з розділовими трансформаторами. І тут ізольовані ділянки мережі мають великим опором ізоляції й малої ємністю дротів щодо землі. Також доцільно застосовувати фільтри від високочастотних перешкод. 3. Захисні розрядники і плавкі предохранители.

Основні функції захисного розрядника — розімкнути лінію чи відвести енергію задля унеможливлення ушкодження в защищаемом устаткуванні. Встановлюється на входи і виходи аппаратуры.

Для захисту апаратури можуть бути рекомендовані плавкі запобіжники і захисні вхідні пристосування, які представляють різні релейні чи електронні устрою, реагують на перевищення струму чи напруги у ланцюзі. 4. Грозозащитные устройства.

Чи забезпечують «стекание» великого розряду без ушкодження ізоляційних елементів ліній. 5. Використання симетричних двухпроводных ліній. 6. Захист периферійних устройств.

Зазначені засоби і способи захисту мають бути започатковані в усі види електротехнічній і радіоелектронної апаратури з урахуванням характеру який уражує дії електромагнітних випромінювань ядерного вибуху для забезпечення надійності підприємств за умов НС мирного й військової времени.

4.2 Вихідні данные.

Оцінити стійкість роботи лабораторії фізики твердого тіла до впливу ЭМИ ядерного вибуху по вихідним даним, занесеним в таблицю 4.1.

Об'єкт розташований відстані R = 5 кілометрів від ймовірного ядерного вибуху. Очікувана потужність ядерного боєприпасів q = 1000 кт, вибух наземний. Елементи системи, підвладні впливу ЭМИ:

1. Харчування електродвигунів: напруги 380 У і 6000 У підземними неэкранированным кабелям l1 = 75 м. Кабелі мають вертикальне відхилення до электродвигателям заввишки l1 = 1,5 м. Допустимі коливання напруги мережі (5%, коефіцієнт екранізування кабелю (= 2.

2. Система автоматичного управління енергоблоку складається з устрою введення, ЕОМ, блоку управління виконавчими органами, розвідній мережі управління додатковими агрегатами. Пристрій введення, ЕОМ, блок управління виконані на мікросхемах, мають токопроводящие елементи заввишки l3 = 0,05 м. Робоча напруга мікросхем 5 У. Харчування від загальної мережі напруги 220 У через трансформатор. Допустимі коливання напруги мережі (5%. Разводящая мережу управління має горизонтальну лінію l2 = 50 метрів і вертикальні відгалуження заввишки l2 = 2 м до блокам управління. Робоча напруга харчування 220 В. Допустимі коливання напруги мережі (5%, коефіцієнт екранізування розвідній мережі (= 2.

Таблиця 4.1 — Вихідні дані про оцінці впливу ЭМИ на стійкість об'єкта |Відстань, |Потужність, |Довжина, м |Допуск, | |Км |кт |l1 |l2 |% | |5 |1000 |75 |50 |5 |.

4.3 Дослідження стійкості об'єкта до впливу ЭМИ.

1. РАССчИТАЕМ ОЧІКУВАНІ НА ОБ'ЄКТІ МАКСИМАЛЬНІ ЗНАчЕНИя ВЕРТИКАЛЬНОЇ EВ І ГОРИЗОНТАЛЬНІЙ EГ СОСТАВЛяЮЩИХ НАПРяЖЕННОСТИ ЭЛЕКТРИчЕСКОГО ПОЛя [16]:

[pic], В/м, (4.1).

[pic], В/м, (4.2) де R — відстань об'єкта від ймовірного ядерного вибуху; q — очікувана потужність ядерного боеприпаса.

[pic] В/м,.

[pic] В/м.

2. Визначимо максимальні очікувані напруги наведень [16]: а системі электропитания:

[pic], У (4.3).

[pic], У (4.4) де l1 — висота вертикального відхилення кабелю до электродвигателям,.

L1 — довжина підземного екранованого кабеля;

(— коефіцієнт екранізування кабеля.

[pic]В.

[pic]В б) в розвідній мережі управления:

[pic], У (4.5).

[pic], У (4.6) де l2 — висота вертикального відгалуження розвідній мережі управління до блокам управления,.

L2 — довжина горизонтальній лінії розвідній мережі управления;

(— коефіцієнт екранізування кабеля.

[pic]В.

[pic] У в) у пристрої введення, ЕОМ, блоці управления:

[pic], У (4.7) де l3 — висота струмопровідних элементов;

(— коефіцієнт екранізування кабеля.

[pic] В.

3. Визначимо допустимі максимальні напруги наведень [16]: а мережі питания:

[pic], У (4.8) де U — напруга харчування электродвигателей;

[pic]В.

[pic]В б) в розвідній мережі управления:

[pic]В в) у пристрої введення, ЕОМ, блоці управления:

[pic]В.

4. Розрахуємо коефіцієнт безпеки [16]:

[pic], дБ (4.9) де UД — дозволене максимальне напруга наведень у пристрої введення, ЕОМ, блоці управления,.

UЭ — очікуване максимальне напруга наведень у пристрої введення, ЕОМ, блоці управления.

[pic]дБ Зведемо отримані дані в таблицю (див. таблицю 4.2).

Таблица 4.2 — Результати оцінки стійкості об'єкта до впливу ЭМИ |Елементи |Допустимі |Напруженість |Наводимые | |системи |напруги |електричних |напруги в | | |мережі, У |полів, В/м |струмопровідних | | | | |елементах, У | | | |ЄВ |ЕГ |UB |UГ | |Електропостачання |399 |1831,0 |3,7 |1373,3 |137,3 | |Електродвигунів |6300 |1831,0 |3,7 |1373,3 |137,3 | |Пристрій введення, ЕОМ, |5,25 |1831,0 |3,7 |45,8 |— | |блок управління | | | | | | |Разводящая мережу працювати. |231 |1831,0 |3,7 |1831,0 |91,6 | |Виконає. агрегатами | | | | | | |Коефіцієнт безпеки До = — 18,81 дБ.