Реферат: Гражданская оборона: устойчивость лаборатории к воздействию Электромагнитного Импульса(ЭМИ)
<span Times New Roman",«serif»;text-transform:uppercase;mso-ansi-language: EN-US">4
<span Times New Roman",«serif»;text-transform:uppercase"> гражданская оборона<span Times New Roman",«serif»;text-transform:uppercase;mso-ansi-language:EN-US">Необходимо оценитьустойчивость лаборатории физики твердого тела к воздействию электромагнитногоимпульса (ЭМИ) ядерного взрыва и предложить мероприятия по повышениюустойчивости.
4.1 Основные положения
Одной из основных задач ГО является проведение мероприятий, направленных наповышение устойчивостиработы объектов в условиях чрезвычайных ситуаций(ЧС) мирного и военного времени.
Под устойчивостью работы промышленного объектапонимают способность его в условиях ЧС выпускать продукцию в запланированныхобъеме и номенклатуре, а при получении слабых и средних разрушений или нарушении связейпо кооперации и поставкам восстанавливать производствов минимальные сроки.
Под устойчивостью работы объектов, непосредственно непроизводящих материальные ценности, понимают способность их выполнять своифункции в условиях ЧС.
На устойчивость работы объектов народного хозяйства вЧС влияют следующие факторы[15]:
1)<span Times New Roman"">
надежность защиты рабочих и служащих от воздействиячрезвычайных событий;2)<span Times New Roman"">
способность инженерно-технического комплекса объектапротивостоять в определенной степени ударной волне, световому излучению ирадиации;3)<span Times New Roman"">
защищенность объекта от вторичных поражающих факторов(пожаров, взрывов, затоплений, заражений сильнодействующими ядовитыми веществами);4)<span Times New Roman"">
надежность системы снабжения объекта всем необходимым для производства продукции (сырьем, топливом,электроэнергией, водой и т.п.);5)<span Times New Roman"">
устойчивость и непрерывность управления производствоми ГО;6)<span Times New Roman"">
подготовленность объекта к ведению спасательных идругих неотложных работ и работ по восстановлению нарушенного производства.Исследование устойчивости работы объекта народного хозяйства заключается во всестороннем изучении условий, которые могут сложиться в ЧС, ив определении их влияния на производственную деятельность.
Цель исследования состоит в том, чтобы выявитьуязвимые места в работе объекта в ЧС и выработать наиболее эффективныерекомендации, направленные на повышение его устойчивости. В дальнейшем эти рекомендации включаются в план мероприятийпо повышению устойчивости работы объекта, который и реализуется.
Исследование устойчивости предприятий проводитсясилами инженерно-технического персонала с привлечением специалистовнаучно-исследовательских и проектных организаций, связанных с даннымпредприятием. Весь процесс планирования и проведения исследования можноразделить на три этапа [15]:
1.<span Times New Roman"">
Подготовительный этап.На первом этапе разрабатываютсяруководящие документы, определяется состав участников исследования иорганизуется их подготовка.
2.<span Times New Roman"">
Оценка устойчивости работы объекта в условиях ЧС.На втором этапе проводится непосредственно исследование устойчивости работы объекта в ЧС.
3.<span Times New Roman"">
Разработка мероприятий, повышающих устойчивость работыобъекта.На третьем этапеподводятся итоги проведенных исследований. Группы специалистов по результатамисследований подготавливают доклады, в которыхизлагаются выводы и предложения по защите рабочих и служащих и повышению устойчивости оцениваемыхэлементов производства.
На каждом предприятии, исходя из его назначения,размещения и специфики производства, мероприятия по повышению устойчивости могут быть различными.
На образование ЭМИ расходуетсянебольшая часть ядерной энергии, однако, он способен вызывать мощные импульсытоков и напряжений в проводах и кабелях воздушных и подземных линий связи,сигнализации, управления, электропередачи, в антеннах радиостанций и т.п.
Воздействие ЭМИ может привести к сгораниючувствительных электронных и электрическихэлементов, связанных с большими антеннами или открытыми проводами, а также ксерьезным нарушениям в цифровых и контрольных устройствах, обычно безнеобратимых изменений.
Особенностью ЭМИ как поражающего фактора является егоспособность распространяться на десятки и сотни километров в окружающей среде ипо различным коммуникациям. Поэтому ЭМИ может оказать воздействие там, гдеударная волна, световое излучение и проникающая радиация теряют свое значениекак поражающие факторы.
При наземных и низких воздушных взрывах в зоне,радиусом в несколько километров от места взрыва, влиниях связи и электроснабжения возникают напряжения, которые могут вызватьпробой изоляции проводов и кабелей относительно земли, а также пробой изоляцииэлементов аппаратуры и устройств, подключенных к воздушным и подземным линиям.
Степень повреждения зависит в основном от амплитудынаведенного импульса напряжения или тока и электрической прочности оборудования.
Главная задача защитныхустройств от ЭМИ — исключить доступ наведенныхтоков к чувствительным узлам и элементам защищаемого оборудования. Проблемазащиты от ЭМИ усложняется тем, что импульс протекает примерно в 50 раз быстрее,чем, например, разряд молнии, и поэтому простые газовые разрядники в данномслучае малоэффективны.
В каждом конкретном случаедолжны быть найдены наиболее эффективные и экономически целесообразные методы защиты электронной аппаратуры и крупных разветвленныхэлектротехнических систем. Рассмотрим основныеметоды защиты[15]:
1.<span Times New Roman"">
Экраны и защитные устройства.Металлическиеэкраны отражают электромагнитные волны и гасят высокочастотную энергию. Черезсистему заземления ток, наведенный ЭМИ, стекает в землю, не причиняя вредаэлектронной аппаратуре, находящейся внутри металлических шкафов или коробов.
2.<span Times New Roman"">
Защита кабелей.Соединительныекабели для защиты прокладывают в земляных траншеях под цементным или бетонированнымполом зданий либо заключают в стальные короба, которые заземляют. Можноразмещать кабеля и на поверхности поля, закрыв их заземленными швеллерами.
Надежность повышается, если кабель разветвляется иподводится к нескольким шкафам с разделительными трансформаторами. В этомслучае изолированные участки сети обладают большим сопротивлением изоляции ималой емкостью проводов относительно земли. Также целесообразно применятьфильтры от высокочастотных помех.
3.<span Times New Roman"">
Защитные разрядники и плавкие предохранители.Основные функции защитногоразрядника — разомкнуть линию или отвести энергиюдля предотвращения повреждения в защищаемом оборудовании. Устанавливается навходы и выходы аппаратуры.
Для защиты аппаратуры могут быть рекомендованы плавкиепредохранители и защитные входные приспособления, которые представляют собойразличные релейные или электронные устройства,реагирующие на превышение тока или напряжения в цепи.
4.<span Times New Roman"">
Грозозащитные устройства.Обеспечивают«стекание» большого разряда в землю без повреждения изоляционных элементовлиний.
5.<span Times New Roman"">
Использование симметричных двухпроводных линий.6.<span Times New Roman"">
Защита периферийных устройств.Указанныеспособы и средства защиты должны внедряться во все виды электротехнической ирадиоэлектронной аппаратуры с учетом характера поражающего действияэлектромагнитных излучений ядерного взрыва дляобеспечения надежности работы предприятий в условиях ЧС мирного и военноговремени.
4.2Исходные данные
Оценить устойчивость работы лаборатории физикитвердого тела к воздействию ЭМИ ядерного взрыва по исходным данным, занесеннымв таблицу 4.1.
Объект располагается на расстоянии R = 5 км отвероятного ядерного взрыва. Ожидаемая мощность ядерного боеприпаса q = 1000 кт, взрыв наземный. Элементы системы, подверженныевоздействию ЭМИ:
1. Питание электродвигателей: напряжения 380 В и 6000В по подземным неэкранированным кабелям l1= 75 м. Кабели имеют вертикальное отклонение к электродвигателям высотойl1 = 1,5 м. Допустимые колебания напряжения сети <span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">±
5%, коэффициентэкранирования кабеля <span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol">h= 2.2. Система автоматического управления энергоблокасостоит из устройства ввода, ЭВМ, блока управления исполнительными органами,разводящей сети управления дополнительными агрегатами. Устройство ввода, ЭВМ,блок управления выполнены на микросхемах, имеющих токопроводящие элементывысотой l3 = 0,05 м. Рабочее напряжение микросхем 5 В. Питание отобщей сети напряжения 220 В через трансформатор. Допустимые колебаниянапряжения сети <span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol">±
5%.Разводящая сеть управления имеет горизонтальную линию l2 = 50 м и вертикальные ответвления высотой l2= 2 м к блокам управления. Рабочее напряжение питания 220В. Допустимыеколебания напряжения сети <span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol">±5%,коэффициент экранирования разводящей сети <span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol; mso-symbol-font-family:Symbol">h= 2.Таблица 4.1 — Исходные данные по оценке воздействия ЭМИ на устойчивостьобъекта
Расстояние,
Мощность,
Длина, м
Допуск,
Км
кт
l1
l2
%
5
1000
75
50
5
4.3Исследование устойчивости объекта к воздействию ЭМИ
1.Рассчитаем ожидаемые на объекте максимальные значения вертикальной EВи горизонтальной EГ составляющих напряженности электрического поля [16]:
<img src="/cache/referats/8231/image002.gif" v:shapes="_x0000_i1025"> (4.1)
<img src="/cache/referats/8231/image004.gif" v:shapes="_x0000_i1026"> (4.2)
гдеR — расстояние объекта от вероятного ядерного взрыва;
q— ожидаемая мощность ядерного боеприпаса.
<img src="/cache/referats/8231/image006.gif" v:shapes="_x0000_i1027"> В/м,
<img src="/cache/referats/8231/image008.gif" v:shapes="_x0000_i1028"> В/м.
2.Определим максимальные ожидаемые напряжения наводок [16]:
а) всистеме электропитания:
<img src="/cache/referats/8231/image010.gif" v:shapes="_x0000_i1029"> (4.3)
<img src="/cache/referats/8231/image012.gif" v:shapes="_x0000_i1030"> (4.4)
гдеl1 — высота вертикального отклонения кабеля кэлектродвигателям,
L1— длина подземного экранированного кабеля;
<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">h
— коэффициентэкранирования кабеля.<img src="/cache/referats/8231/image014.gif" v:shapes="_x0000_i1031">
<img src="/cache/referats/8231/image016.gif" v:shapes="_x0000_i1032">
б) вразводящей сети управления:
<img src="/cache/referats/8231/image018.gif" v:shapes="_x0000_i1033"> (4.5)
<img src="/cache/referats/8231/image020.gif" v:shapes="_x0000_i1034"> (4.6)
гдеl2 — высота вертикального ответвления разводящейсети управления к блокам управления,
L2— длина горизонтальной линии разводящей сети управления;
<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">h
— коэффициентэкранирования кабеля.<img src="/cache/referats/8231/image022.gif" v:shapes="_x0000_i1035">
<img src="/cache/referats/8231/image024.gif" v:shapes="_x0000_i1036"> В
в) вустройстве ввода, ЭВМ, блоке управления:
<img src="/cache/referats/8231/image026.gif" v:shapes="_x0000_i1037"> (4.7)
гдеl3 — высота токопроводящих элементов;
<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">h
— коэффициентэкранирования кабеля.<img src="/cache/referats/8231/image028.gif" v:shapes="_x0000_i1038"> В
3.Определим допустимые максимальные напряжения наводок [16]:
а) в сетипитания:
<img src="/cache/referats/8231/image030.gif" v:shapes="_x0000_i1039"> (4.8)
гдеU — напряжение питания электродвигателей;
<img src="/cache/referats/8231/image032.gif" v:shapes="_x0000_i1040">
<img src="/cache/referats/8231/image034.gif" v:shapes="_x0000_i1041">
б) вразводящей сети управления:
<img src="/cache/referats/8231/image036.gif" v:shapes="_x0000_i1042">
в) вустройстве ввода, ЭВМ, блоке управления:
<img src="/cache/referats/8231/image038.gif" v:shapes="_x0000_i1043">
4.Рассчитаем коэффициент безопасности [16]:
<img src="/cache/referats/8231/image040.gif" v:shapes="_x0000_i1044"> (4.9)
гдеUД — допустимое максимальное напряжение наводок в устройстве ввода,ЭВМ, блоке управления,
UЭ — ожидаемое максимальное напряжение наводок вустройстве ввода, ЭВМ, блоке управления.
<img src="/cache/referats/8231/image042.gif" v:shapes="_x0000_i1045">
Сведемполученные данные в таблицу (см. таблицу 4.2).
Таблица 4.2 — Результаты оценки устойчивости объекта квоздействию ЭМИ
Элементы
системы
Допустимые напряжения сети, В
Напряженность электрических полей, В/м
Наводимые напряжения в токопроводящих элементах, В
ЕВ
ЕГ
UB
UГ
Электроснабжение
Электродвигателей
399
6300
1831,0
1831,0
3,7
3,7
1373,3
1373,3
137,3
137,3
Устройство ввода, ЭВМ, блок управления
5,25
1831,0
3,7
45,8
—
Разводящая сеть управл. Исполнит. агрегатами
231
1831,0
3,7
1831,0
91,6
Коэффициент безопасности К = — 18,81 дБ << 40 дБ.
4.4 Выводы по результатам исследования
Данныйобъект может оказаться в зоне воздействия ЭМИ наземного ядерного взрыва.Возможен выход из строя элементов объекта от величины вертикальной составляющейэлектрического поля. Наиболее уязвимыми элементами объекта являются: устройствоввода, ЭВМ, блок управления исполнительными агрегатами. Объект не устойчив квоздействию ЭМИ, так как коэффициент безопасности значительно меньшеудовлетворительного значения, составляющего К<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">³
40 дБ.4.5 Предложения по повышению устойчивости объекта
Дляповышения устойчивости работы объекта к воздействию ЭМИ ядерного взрыванеобходимо провести следующие мероприятия:
1)<span Times New Roman"">
кабельпитания двигателей экранировать, поместив в стальные трубы, а на входахдвигателей установить быстродействующие отключающие устройства (разрядники);2)<span Times New Roman"">
разводящуюсеть блока управления исполнительными агрегатами проложить в стальных трубах, апульт управления и блоки управления закрыть заземленными экранами, экранызаземлить;3)<span Times New Roman"">
на входах ивыходах пульта управления и блоков управления установить быстродействующиеотключающие устройства (разрядники, плавкие предохранители).