3 Гражданская защита. Оценка устойчивости

ИНЖЕНЕРНО-ТЕХНИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА ОБЪЕКТА К

ВОЗДЕЙСТВИЮ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИМПУЛЬСА (ЭМИ)

3.1 Основные положения

Гражданская защита – это функция государства, направленная на защиту населения, территорий, окружающей среды и имущества от чрезвычайных ситуаций путем предотвращения таких ситуаций, ликвидации их последствий и оказания помощи пострадавшим в мирное время и в особый период [23].

Основными задачами гражданской защиты являются:

– обеспечение готовности министерств и других центральных и местных органов исполнительной власти, органов местного самоуправления, подчиненных им сил и средств к действиям, направленным на предотвращение и реагирование на чрезвычайные ситуации;

– обеспечение реализации мероприятий по предотвращению возникновения чрезвычайных ситуаций;

– обучение населения относительно поведения и действий в случае возникновения чрезвычайной ситуации;

– выполнение государственных целевых программ, направленных на предотвращение чрезвычайных ситуаций, обеспечения устойчивого функционирования предприятий, учреждений и организаций, снижение возможных материальных потерь;

– иные задачи, определенные законом [23].

К задачам и обязанностям субъектов хозяйствования в сфере гражданской защиты относятся:

– обеспечение выполнения мероприятий в сфере гражданской защиты на объектах субъекта хозяйствования;

– обеспечение в соответствии с законодательством своих работников средствами коллективной и индивидуальной защиты;

– размещение информации о мерах безопасности и соответствующее поведение населения в случае возникновения аварии;

– организация и осуществление во время возникновения чрезвычайных ситуаций эвакуационных мероприятий в отношении работников и имущества субъекта хозяйствования;

– создание объектовых формирований гражданской защиты в соответствии с настоящим Кодексом и другими законодательными актами, необходимых для их функционирования материально-технической базы и обеспечение готовности таких формирований к действиям по назначению;

– создание диспетчерских служб в соответствии с настоящим Кодексом и другими законами, необходимых для обеспечения безопасности объектов повышенной опасности;

– выполнение других задач и мероприятий в сфере гражданской защиты, предусмотренных этим Кодексом и другими законодательными актами [23].

На образование электромагнитного импульса (ЭМИ) расходуется небольшая часть ядерной энергии, однако он способен вызывать 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, связанных с большими антеннами или открытыми проводами, а также к серьезным нарушениям в цифровых и контрольных устройствах, обычно без необратимых изменений. Следовательно, влияние ЭМИ необходимо учитывать для всех электрических и электронных систем. Для наиболее важных устройств надо применять меры защиты и повышать их устойчивость к ЭМИ.

Наиболее подвержены воздействию ЭМИ системы связи, сигнализации, управления. Применяемые в этих системах кабели и аппаратура имеют предельную электрическую прочность не более 10 кВ импульсного напряжения, тогда как наводимые импульсы напряжения от ЭМИ ядерного взрыва могут превышать эти значения.

Особенно подвержена воздействию ЭМИ радиоэлектронная аппаратура, выполненная на полупроводниковых и интегральных схемах, работающих на малых токах и напряжениях и, следовательно, чувствительных к влиянию внешних электрических и магнитных полей. ЭМИ пробивает изоляцию, выжигает элементы микросхем радиоаппаратуры, вызывает короткое замыкание в радиоустройствах, ионизацию диэлектриков, искажает или полностью стирает магнитную запись, лишает памяти ЭВМ и т.п.

Человек подвергается опасности в районе действия ЭМИ только в случае непосредственного контакта с токопроводящими предметами [25].

Для повышения устойчивости работы объектов народного хозяйства в условиях воздействия ЭМИ ядерных взрывов производится анализ и оценка устойчивости всех видов аппаратуры электроснабжения, электрических систем, радиотехнических средств и средств связи, имеющихся на объекте.

В качестве показателя устойчивости элементов системы к воздействию ЭМИ ядерного взрыва можно принять коэффициент безопасности К, определяемый отношением предельно допустимого наведенного тока или напряжения U_д к наведенному, т.е. созданному ЭМИ в данных условиях U_э. Коэффициент безопасности есть логарифмическая величина, измеряемая в децибелах, дБ

(3.1)

Так как отдельные элементы системы могут иметь различные значения коэффициента безопасности, то устойчивость системы в целом будет характеризоваться минимальным значением коэффициента безопасности входящих в ее состав элементов. Это значение коэффициента безопасности является пределом устойчивости системы к воздействию ЭМИ ядерного взрыва.

Устойчивость системы к ЭМИ оценивается в такой последовательности:

1. Выявляется ожидаемая ЭМИ-обстановка, характеризуемая наличием ЭМИ-сигналов, созданных ядерным взрывом, и параметрами: напряженностью полей, временем нарастания и спада электромагнитного поля.

2. Электронная или электротехническая система разбивается на отдельные элементы (участки), анализируется назначение каждого элемента и выделяются основные элементы, от которых зависит работа системы.

3. Определяется чувствительность аппаратуры и ее элементов к ЭМИ, т.е. предельные значения наведенных напряжений и токов, при которых работа системы еще не нарушается (частичное повреждение элементов, расстройка или деградация – нежелательное изменение в рабочих характеристиках).

4. Определяются возможные значения токов и напряжений в элементах системы, наведенные от воздействия ЭМИ.

5. Определяются коэффициент безопасности каждого элемента системы и предел устойчивости системы в целом.

6. Анализируются и оцениваются результаты расчетов и делаются выводы, в которых указываются: степень устойчивости системы к воздействию ЭМИ; наиболее уязвимые места (элементы) системы; необходимые организационные и инженерно-технические мероприятия по повышению устойчивости уязвимых элементов и системы в целом с учетом экономической целесообразности [24,25].

3.2 Задание

На расстоянии R = 6 км от исследуемого объекта произведен наземный ядерный взрыв мощностью q = 1000 кт. Оценить устойчивость работы исследуемого объекта к воздействию электромагнитного импульса, если электропитание агрегатов напряжением U₁ = 10 кВ осуществляется по кабельным линиям, имеющим длину горизонтального участка L_1Г = 100 м, и длину вертикального участка L_1В = 10 м, а электропитание агрегатов напряжением U₂ = 0,4 кВ осуществляется по кабельным линиям, имеющим длину горизонтального участка L_2Г = 50 м, и длину вертикального участка L_2В = 2 м. Допустимое колебание напряжения сети составляет 20% [27].

3.3 Исследование устойчивости объекта

Определение элементов объекта, подвергающихся воздействию электромагнитного импульса

Комплектная трансформаторная подстанция типа городских сетей наружной установки КТПгс 630 кВА, с кабельным или воздушным вводом на стороне высшего напряжения, с кабельным или воздушным вводом на стороне низкого напряжения, предназначена для приема электроэнергии переменного трехфазного тока промышленной частоты 50 Гц напряжением 10 кВ, преобразования в напряжение 0,4 кВ и его распределения.

Трансформаторная подстанция КТПгс 630 кВА имеет следующие составные части:

– устройство со стороны высокого напряжения УВН (на вводе ВН предусмотрена возможность для установки разрядников 6-10 кВ типа РВО или ОПН);

– силовой трансформатор ТС-630 кВА;

– распределительное устройство со стороны низкого напряжения РУНН (автоматические выключатели отечественного или зарубежного производства, по желанию заказчика).

Определение ожидаемых на объекте максимальных значений вертикальной (Е_В) и горизонтальной (Е_Г) составляющих напряженности электрического поля

Рассчитаны ожидаемые на подстанции максимальные значения вертикальной Е_В и горизонтальной Е_Г составляющих напряженности электрического поля:

В/м, (3.2)

В/м. (3.3)

Определение максимального ожидаемого напряжения наводок в горизонтальных (U_Г) и вертикальных (U_В) линиях

Определены максимальные ожидаемые напряжения наводок:

- для оборудования 10 кВ:

(3.4)

(3.5)

- для оборудования 0,4 кВ:

(3.6)

(3.7)

Определение допустимых напряжений наводок.

Определены допустимые максимальные напряжения сети U_q:

– для оборудования 10 кВ:

(3.8)

– для оборудования 0,4 кВ:

(3.9)

Определение коэффициента безопасности каждого элемента и предела устойчивости объекта в целом

– коэффициент безопасности оборудования 10 кВ:

, (3.10)

– коэффициент безопасности оборудования 0,4 кВ:

, (3.11)

Предел устойчивости объекта в целом К= -8,32 дБ

Выводы по результатам исследования

1. Объект неустойчив к воздействию электромагнитного импульса;

2. Наиболее уязвимый элемент – оборудование 0,4 кВ.

3.4 Мероприятия по повышению устойчивости объекта

Главная задача защитных устройств от ЭМИ – исключить доступ наведенных токов к чувствительным узлам и элементам защищаемого оборудования. Проблема защиты от ЭМИ усложняется тем, что импульс протекает примерно в 50 раз быстрее, чем, например, разряд молнии, и поэтому простые газовые разрядники в данном случае малоэффективны.

В каждом конкретном случае должны быть найдены наиболее эффективные и экономически целесообразные методы защиты электронной аппаратуры и крупных разветвленных электротехнических систем.

Одним из методов защиты радиоэлектронных систем от действия сильного электромагнитного излучения является применение металлических экранов. Они отражают электромагнитные волны и гасят высокочастотную энергию. Через систему заземления ток, наведенный ЭМИ, стекает в землю, не причинив вреда электронной аппаратуре, находящейся внутри металлических шкафов или коробов.

Наводимые в кабелях под воздействием ЭМИ напряжения зависят от конструкции кабелей, вида нагрузок, конструкции разъемов, качества монтажа кабеля и внешних условий при его эксплуатации.

Соединительные кабели для защиты прокладывают в земляных траншеях под цементным или бетонированным полом здания либо заключают в стальные короба, которые заземляют [24].

Более рационально использовать кабели с высоким коэффициентом экранирования и с высокой электрической и механической прочностью.

Для защиты от ЭМИ широко используются разрядники, устанавливаемые на входы и выходы аппаратуры, в воздушные и подземные линии связи и электроснабжения.

Основные функции защитного разрядника – разомкнуть линию или отвести энергию для предотвращения повреждения в защищаемом оборудовании [24].

Надежная работа предприятий в условиях военного времени непрерывно связана с защитой рабочих, служащих и членов их семей от оружия массового поражения, для обеспечения которой в мирное время проводятся следующие основные мероприятия: поддержание в постоянной готовности системы оповещения; обеспечение фонда убежищ на объекте для работающих и противорадиационных укрытий в загородной зоне для отдыхающей смены и членов семей рабочих и служащих; планирование и выполнение подготовительных работ по строительству на объекте быстровозводимых убежищ и ПРУ в загородной зоне; поддержание в готовности защитных сооружений и организация обслуживания убежищ и укрытий; планирование и подготовка к рассредоточению и эвакуации в загородную зону производственного персонала и членов семей; накопление, хранение и поддержание в готовности средств индивидуальной защиты; обучение рабочих и служащих способам защиты от ОМП и действиям по сигналам оповещения ГО [24].

От устойчивости зданий и сооружений зависит в основном устойчивость всего объекта. Главным образом, следует повышать прочность наиболее важных элементов производства, от которых зависит работа всего предприятия, но устойчивость которых ниже общего предела устойчивости.

Повышение устойчивости зданий и сооружений достигается устройством каркасов, рам, подкосов, контрфорсов, опор для уменьшения пролета несущих конструкций, а также применением более прочных материалов.

Низкие сооружения для повышения их прочности частично обсыпаются грунтом. Высокие сооружения закрепляются оттяжками, рассчитанными на нагрузки, создаваемые воздействием напора ударной волны при ядерном взрыве [24].

Защита оборудования входит в общий комплекс мероприятий по повышению устойчивости работы предприятия. При реконструкции и расширении промышленных объектов необходимо предусматривать: размещение тяжелого оборудования на нижних этажах; прочное закрепление станков на фундаментах, устройство контрфорсов; размещение наиболее ценного и нестойкого к ударам оборудования в зданиях с повышенными прочностными характеристиками. Кроме того, следует создавать запасы наиболее уязвимых деталей и узлов технологического оборудования, а также изготавливать в мирное время защитные конструкции для защиты оборудования от повреждений при обрушении конструкций зданий [24].

Для повышения надежности коммуникаций следует: заглублять основные коммунально-энергетические сети и технологические коммуникации или размещать их на низких эстакадах и обваловывать грунтом; увеличивать прочность трубопроводов постановкой ребер жесткости, хомутов и др.

Для предотвращения выхода из строя электрических сетей следует устанавливать устройства автоматического отключения их при образовании перенапряжений, которые могут быть созданы электромагнитными полями, возникающими при ядерном взрыве.

Для предотвращения возникновения вторичных поражающих факторов при разрушении газовых сетей целесообразно оборудовать газовые сети устройствами для автоматического отключения участков газопровода. На газо-проводах следует устанавливать запорную арматуру с дистанционным управлением и краны, автоматически переключающие поток газа при разрыве труб.

Тепловая сеть закольцовывается, параллельные участки соединяются. Паропроводы прокладываются под землей в специальных траншеях, обеспечивающих защиту труб от воздействия ударной волны. На паротепловых сетях устанавливаются запорно-регулирующие приспособления.

Сети водоснабжения прокладываются в земле и оборудуются задвижками для отключения отдельных участков при аварии. Пожарные гидранты и отключающие устройства размещаются на территории, которая не может быть завалена при разрушении зданий и сооружений ядерным взрывом.

Чтобы повысить устойчивость канализации объекта, следует устраивать раздельные системы канализации: одну для ливневых, другую для промышленных и хозяйственных вод. На случай аварий на городских сетях и насосных станциях система канализации объекта должна иметь аварийные сбросы в расположенную вблизи реку или в дождевую сеть .

Руководители объектов должны предвидеть управление чрезвычайными ситуациями. Для задачи обеспечения безопасности человека в ЧС стратегия управления должна включать осуществление трех целей: предотвращение причин возникновения; предотвращение самых экстремальных ситуаций; максимальное ослабление последствий ЧС.

При возникновении ЧС организовывается чрезвычайное управление, которое состоит из четырех стадий ликвидации последствий. [26].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В первом разделе пояснительной записки произведен расчет нагрузок здания по которому было выбрано оборудование, и выяснилось два факта: большое количество аккумуляторных батарей, которые нерентабельно устанавливать, из-за чего принято решение отказаться от АКБ и обратиться к «Зеленому тарифу» и резервированием с пром. сети, второй факт – это большая требуемая площадь для установки панелей, которые попросту некуда устанавливать, на что было принято решение рассчитывать установку исходя из площади панелей. После, для новых условий было выбрано оборудование, и рассчитаны оптимальные углы наклона для панелей в разные месяцы года, что привело нас к выводу: менять угол наклона солнечных батарей 2 раза в год при переходе с холодного на теплый период года, и наоборот. Также для условия отключения городской сети были посчитаны нагрузки которые может покрывать наша электростанция. После произведен расчет сметной стоимости оборудования, рассмотрены: организация и планирование ремонтов, рассчитан срок окупаемости СЭС.

В разделе проекта «Охрана труда» в пределах рассчитываемой подстанции рассмотрены вопросы электробезопасности, средств защиты, противопожарной безопасности, контроль за сопротивлением изоляции. Кроме того, на ЭВМ произведен расчет молнезащиты и заземляющего устройства.

В разделе «Гражданская защита» рассмотрены общие положения гражданской защиты в Украине, произведена оценка устойчивости объекта к воз-действию электромагнитного импульса, предложены мероприятия по повыше-нию устойчивости объекта.

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК

1. Петр Чечелюк «Малая» энергетика — альтернатива проектам - «монстрам».- Журнал С.О.К. 20.05.2007

2. http: // worldgeo. ru /

3. 20 конструкций с солнечными элементами Т. Байерс : Пер.с англ.- М.: Мир,1988. – 197 с., ил.

4. Фотоэлектрохимическое преобразование солнечной энергии / Ю.В.Плесков .- М.: Химия,1990.176 с.

5. Д.А. Хрусталев Аккумуляторы .- М.: Изумруд, 2003. - 224 с.:ил

6. http://ataba.com.ua

7. http://www.powerinfo.ru

8. http://forum.gravicappa.com.ua

9. «Я – электрик» электронный электротехнический журнал.- 2006.- №1

10. http: //suntechnology. ru

11. http://www.solarhome.ru

12. Правила устройства электроустановок

13. Методическое пособие для дипломного проектирования «Расчет системы автономного энергоснабжения с использованием фотоэлектрических преобразователей» для студентов специальностей 6.090504 «Нетрадиционные источники энергии», 6.050701 «Электротехника и электротехнологии», составители: Бекиров Э. А., Воскресенская С. Н., Химич А. П. – Симферополь: НАПКС, 2010 г.

14. http://alteco.in.ua/products/solnechnue-batarei/invertory/setevye-invertory/abb-powerone-trio-27-6-tl-outd-s2x-detail

15. http://bazila.net/energetika-i-radioelektronika/raschet-avtonomnoj-sistemy-elektrosnabzheniya-na-solnechnykh-batareyakh.html

16. http://prom.ua/p115281693-solnechnyj-modul-psm.html

17. http://alteco.in.ua/products/solnechnue-batarei/invertory/setevye-invertory/abb-powerone-pvi-10-0-outd-s-detail

18. http://prom.ua/p112957031-kontroller-zaryada-dlya;all.html

19. http://4z.com.ua/p65474523-konnektor-mc4-diametr.html

20. http://prom.ua/p42839695-schetchik-elektroenergii-nik.html

21. http://rentechno.ua/solar/on-grid-pv-plants/green-tariff.html

22. Методическое указание разработано на основании типовой учебной программы «Охрана труда в отрасли», утвержденной МОНМиС, согласованной с Госгорпромнадзором Украины 16.03.2011/18.03.2011г. и Приказом № 969/922/216 от 21.10.2010г.

23. Кодекс цивільного захисту України: Закон від 2 жовтня 2012 року № 5403-VI // Відомості Верховної Ради (ВВР). – 2013. – № 34-35. – ст. 458.

24. Демиденко Г.П. Защита объектов народного хозяйства от оружия мас-сового поражения [Электронный ресурс]: справочник / Г.П. Демиденко, Е.П. Кузьменко, П.П. Орлов; ред. Г.П. Демиденко. – 2-е изд., перераб. и доп. – Київ: Вища школа, 1989. – 287 с. – Режим доступу: www.oborona.zp.ua

25. Шоботов В.М. Радиация и жизнеобитание: Учеб. пособие для вузов / В.М. Шоботов. – Мариуполь: ПГТУ, 2011. – 520 с.

26. Шоботов В.М. Действия производственного персонала и населения в чрезвычайных ситуациях: учебное пособие / В.М. Шоботов. – Мариуполь: ПГТУ, 1999. – 92 с.

27. Шоботов В.М. Гражданская оборона: Учеб. пособие для вузов / В.М. Шоботов. – Мариуполь: ПГТУ, 2002. – 462 с.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение А

Таблица А.1 - Количество дней без солнца, обусловленное погодными условиями

Широта местности	Период
	Летние месяцы	Осенние и весенние месяцы	Зимние месяцы
30	2-4	3-4	4-6
40	2-4	4-6	6-10
50	2-4	6-8	10-15
60	3-5	8-12	15-25
70	3-5	12-14	20-35

Таблица А.2 - Температурный коэффициент для аккумуляторной батареи

Температура в градусах		Коэффициент
Цельсия	Фаренгейта
26,7C	80F	1,00
21,2C	70F	1,04
15,6C	60F	1,11
10,0C	50F	1,19
4,4C	40F	1,30
-1,1C	30F	1,40
-6,7C	20F	1,59

Приложение Б

Оптимальный угол наклона поверхности солнечной батареи к горизонту, при максимальном значение коэффициента пересчета с горизонтальной плоскости на наклонную.

Результаты расчетов в MathCad

а) февраль

б) март

в) апрель

г) май

д) июнь

е) июль

ж) август

з) сентябрь

и) октябрь

к) ноябрь

л) декабрь

Рисунок Б.1. - Зависимость коэффициента пересчета с горизонтальной плоскости на наклонную от угла наклона поверхности солнечной батареи к горизонту: а) февраль, б) март, в) апрель, г) май, д)июнь, е) июль, ж) август, з) сентябрь, и) октябрь, к) ноябрь, л) декабрь.