17.5. Поражающее действие электромагнитного импульса

На образование электромагнитного импульса (ЭМИ) расходуется небольшая часть ядер­ной энергии, однако он способен вызвать мощные импульсы токов 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 сгоранию чувствительных электронных и электри­ческих элементов, к серьёзным нарушениям в цифровых и контрольных устройствах [14].

ЭМИ распространяется на десятки и сотни километров в окружающей среде и по раз­личным коммуникациям, пробивает изоляцию, выжигает элементы электросхем радиоаппа­ратуры, вызывает короткое замыкание в радиоустройствах, ионизацию диэлектриков, искажа­ет или полностью стирает магнитную запись, лишает памяти ЭВМ.

362

Человек подвергается опасности в районе действия ЭМИ только в случае непосредст­венного контакта с токопроводящими предметами.

При разработке защитных мер главное задачей является исключение доступа наведен­ных токов к чувствительным узлам и элементам защищаемого оборудования.

Одним из методов защиты аппаратуры является применение металлических экранов с заземлением, которые гасят высокочастотную энергию и отражают электромагнитные волны.

Аппаратуру можно защитить, применяя разрядники и плавкие предохранители, реаги­рующие на превышение тока или напряжения в цепи.

Для защиты антенн, мачт, опор линий электропередач применяют грозозащитные уст­ройства, плавкие вставки, автоматические отключатели.

При оценке воздействия ЭМИ на токопроводящие элементы необходимо учитывать, что ЭМИ имеет горизонтальную и вертикальную составляющие на-пряженностей электрического поля и поэтому должны определяться значения напряжений, наводимых как на вертикальных, так и на горизонтальных участках линии. Основную опасность представляет вертикальная со­ставлявшая напряженности электрического поля, которая превосходит горизонтальную в сот­ни раз.

Максимальное значение напряженностей электрических полей при наземных ядер­ных взрывах можно определить по формулам (В/м)

- вертикальная составляющая

Е_в = 5-10³-[(l+2R)/R³] • lg(14,5-q) (17.30)

- горизонтальная составляющая

Е_г = 10-[(l+2R)/R³] • lg(14,5-q) (17.31)

где R - расстояние от центра взрыва, км;

q—мощность взрыва, кг.

Максимальное значение напряженностей электрических полей при воздушных взры­вах определяется по формулам (В/м)

- вертикальная составляющая

Е_в = 5-10³-K[(l+2R)/R³] • lg(14,5-q) (17.32)

- горизонтальная составлявшая

Е_г = 10-K[(l+2R)/R³] • lg(14,5-q) (17.33)

где К - коэффициент асимметрии, учитывающий влияние поверхности земли. Напряжения, наводимые в линиях токопроводящих элементах электрорадиосистем,

можно определить по формулам

- в вертикальных участках линий

U_B=E_B-l/_n; (17.34)

363

- в горизонтальных участках линий

U_r = E_r-l/r|; (17.35)

где l - длина проводника (токопроводящего элемента), м; г) - коэффициент экранирования линии (элемента).

Пример 17.6. Оценить поражающее действие ЭМИ для механического цеха завода. Завод расположен на расстоянии 6 км от вероятной точки прицеливания; ожидаемая мощность боеприпаса 1000 Кт; взрыв назем­ный; вероятное максимальное отклонение боеприпаса от точки прицели­вания 0,6 км.

В цехе установлены станки программного управления, в которых чувствительными к воздействию ЭМИ элементами является: электропи-тающий кабель длиной 100м. имеющий вертикальное ответвление к элек­тродвигателям высотой 1,5 м: допустимые колебания напряжения сети ±15%, коэффициент экранирования кабеля равен 2, рабочее напряжение 380В; система программного управления станками, состоящая из пульта управления, разводящей сети и блоков управления станками; пульт управления выполнен на микросхемах, имеющих токопроводящие эле­менты высотой 0,05 м; рабочее напряжение 12В, питание от общей сети напряжением 220В через трансформатор; допустимые колебания напря­жения ±15%. Разводящая сеть имеет горизонтальную линия 50 м и верти­кальные ответвления высотой 2 м к блокам управления станков. Рабочее напряжение 220В, допустимые колебания ±15%, коэффициент экраниро­вания 2.

Решение. Определяем возможное минимальное расстояние от центра взрыва до механического цеха по формуле (17.12)

R_x = R_r - r_от_к. = 6 -0,6 = 5,4 км

Рассчитываем ожидаемые максимальные значения вертикальной и горизонтальной составляющих напряженности электрического поля по формулам (17.30) и (17.31)

Е_в = 5-10³-[(1±2-5,4)/5,4³] • lg(14,5-1000) = 1580В/м Е_г= 10-[(1±2-5,4)/5,4³] • \g(U,5-\00Q)= 3,2В/м

Определяем максимальное ожидаемое напряжение наводок по фор­мулам (17.34) и (17.35)

а) в системе электропитания в горизонтальных и вертикальных лини­ях:

U_г = Е_г-l /г| = 3,2-100/2 = 155 В;

364

U_в=Е_в • 1/, = 1580-1,5/2 = 1190 В;

б) в системе программного управления станками:

- разводящая электросеть

U_г = 3,2 50/2 = 76 В;

U_в1= 1580-2,0 /2 = 1580 В;

• пульт управления U_в2= 1580-0,05 /2 = = 40 ВОпределяем допустимые напряжения наводок UД_:

• в системе питания станков UД1 = 350 + 38 0/100-15 = 437 В

• в пульте управления UД2 =12 + 12/100-15 = 13,8В

- в разводящей электросети UД13 = 220 + 220/100-15 = 253ВРезультаты вычислений сводим в таблицу и анализируем (табл. 17.11).

Вывод. Механический цех может оказаться в зоне воздействия ЭМИ наземного ядерного взрыва, могут выйти из строя электродвигатели стан­ков, пульт управления и блоки управления.

Таблица 17.11 - Результаты оценки воздействия ЭМИ

Элементы	Допустимые напряжения наводок Ug,В	Напряженность электрических полей, В/м			Наводимые на­пряжения в токопроводящих элементах, В			Результаты воздействия
		Ев	Ег	и„		Uг
Система питания станков	437	1580		1190		155	Может выйти из строя
Система программ­ного управления:							Может выйти из строя от вертикальной составляющей
- пульт управления	13,8	1580	зд	40		-
- разводящая сеть	253	1580	3,2	1580		76

Задачи

1. Объект расположен на расстоянии 4,5 км от центра ядерного воздушно­го взрыва, мощностью 1 Мт. Характеристика объекта: здание многоэтажное, кирпичное, бескаркасное, перекрытие из железобетонных плит, с крановым оборудованием н кабельной наземной электросетью. Рассчитать радиусы зон поражения. Определить избыточное давление взрыва на объекте. Определить потери людей и характер разрушений здания.

2 . Объект расположен на расстоянии 6 км от центра ядерного наземного взрыва, мощностью 0,5 Мт. Характеристика объекта: здание одноэтажное, же­лезобетонное, перекрытие из железобетонных плит. В цехах размешены метал­лообрабатывающие станки. Рассчитать радиусы зон поражения. Определить

365

избыточное давление взрыва на объекте. Определить потери людей и характер разрушений здания и зону чрезвычайной ситуации.

117. Определить устойчивость цеха автомобильного завода к воздействиюсветового излучения. Исходные данные: завод располагается на расстоянии 10км от геометрического центра города, по которому вероятен ядерный удар;ожидаемая мощность ядерного боеприпаса q = 1 Мт, вероятное максимальноеотклонение центра (эпицентра) ядерного взрыва от точки прицеливания r_отк. =0.5 км (взвыв воздушный). Здание цеха многоэтажное, кирпичное без каркаса,предел огнестойкости несущих стен - 3 ч. Чердачное перекрытие из железо­бетонных плит с пределом огнестойкости 1 ч, кровля черепичная на деревяннойобрешетке; двери и оконные рамы деревянные, окрашены в светлый цвет.

118. Ядерный взрыв произошел в 5 часов утра, время начала облучения 4 ча­са, время пребывания людей на зараженной местности 22 часа. Определить эта­лонные уровни радиации для п. Ховрино. Рассчитать дозы облучения для лю­дей, находящихся в подвальных помещениях, в каменных домах, в деревянныхдомах и определить потери людей. Разработать режимы защиты населения.

\r ( Р/ч)Уровень радиации и время его измерения для п. Ховрино ^Р

11⁰⁰(ч)