Математический анализ режимов работы умножителя напряжения с нечетным числом каскадов / Лопаткина / БЖД

5 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ

5.1Характеристики помещения.

Лабораторные исследования и проведение экспериментов на электрогидравлическом магнитно-жидкостном усилителе мощности проводились в подвальном помещении, аудитории № 123. Данная лаборатория имеет следующие характеристики.

Так как проводимые лабораторные исследования не требуют систематиче­ского физического напряжения или поднятия и переноски тяжестей, то они клас­сифицируются как легкие. Для легкой категории работ должны соблюдаться сле­дующие рабочие диапазоны параметров микроклимата: температура воздуха от +5 С° до +45 С°, относительная влажность 60%, атмосферное давление 10ГЗ,25±266 ГПа, скорость ветра от 0,6-1,7 м/с (тихий ветер) до 1,8-3,3 м/с (легкий ветер). Эти условия обеспечиваются с помощью отопления и вентиляции. Помещение, в ко­тором проводятся лабораторные исследования, по характеру окружающей среды относится к классу сухих помещений /8 /.

Шум вредно воздействует на организм человека, снижает работоспособ­ность. Шумом является всякий нежелательный для человека звук. Область слы­шимых звуков ограничивается не только определенными частотами (20-20000 Гц), но и определенными значениями звуковых давлений и их уровней. В данной установке в качестве меры для снижения шума предусмотрена демпферная про­кладка между двигателем, насосом и основанием.

Правильно спроектированное и выполненное освещение обеспечивает воз­можность нормальной деятельности рабочих. Освещение, в зависимости от типа помещения бывает естественное, искусственное и совмещенное.

Лаборатория, в которой размещается установка, находится в подвальном помещении, поэтому используется искусственное освещение, создаваемое элек­-

трическими лампами.

Вибрация вредно воздействует на человека и работу оборудования. По­этому предусматриваются следующие виды борьбы с вибрацией: воздействие на источник вибрации, вибродемпферирование, динамическое гашение колебаний, изменение конструкции элементов.

Так как двигатель в установке имеет мощность 30 Вт, то для гашения виб­рации предусмотрена демпферная прокладка, и двигатель с насосом установлены на отдельной подставке.

Пожаробезопасность - система мероприятий, направленная на предотвра­щение и локализацию возгораний. В соответствии с НПБ 105-95 помещение, где находится установка относится к пожароопасным (категория В1), зона класса П-1 (к ней относятся помещения, в которых содержатся горючие жидкости). В случае загорания электродвигателя он должен быть потушен не с помощью воды, а с по­мощью углекислотных огнетушителей, например ОУ-2А, ОУ-5, ОУ-8 (ручных) или ОУ-25, ОУ-80 (передвижных). Рядом с лабораторией имеется огнетушитель ОУ-5.

Электробезопасность - система организационных и технических меро­приятий и средств, обеспечивающих защиту людей от вредного и опасного воз­действия электрического тока. В отношении электробезопасности ПУЭ установка находится в помещении без повышенной опасности.

В лабораторной установке для исследования ЭГУМ используется высоко­вольтный блок питания с U_n = 10 кВ и I_max = 3 мА, питающийся от сети 220 В с частотой 50 Гц. Так как за величину электрического тока, опасного для жизни че­ловека, принимается I = 50 мА, следовательно, данный блок питания, со стороны высокого напряжения не опасен. Так как чтобы обеспечить прохождение тока

I =50 мА через тело человека при прикосновении к токоведущим частям при

U = 10 кВ, блок питания должен иметь мощность Р = U-I = 10000-0,05 = 500 Вт, а фактическая мощность Рф = U-I_max = 10000-0,003 = 30 Вт. Значит нужно предусмотреть защиту от поражения электрическим током при замыкании фазы сети переменно­го тока на корпус /8 /.

Существует три способа защиты от поражения электрическим током. За-нуление - соединение всех металлических корпусов и конструкций с заземленной нейтралью трансформатора через нулевой провод или специальный защитный проводник. Благодаря этому всякое замыкание на корпус превращается в корот­кое замыкание и аварийный участок отключается предохранителем или автома­том. Применение только одного зануления в данной установке не обеспечивает полной защиты, так как в случае обрыва нулевого провода и замыкания фазы на корпус сохраняется возможность поражения электрическим током / 8/.

Защитное заземление - преднамеренное электрическое соединение с зем­лей или ее эквивалентом металлических токоведущих частей, которые могут ока­заться под напряжением вследствие замыкания на корпус. Назначение защитного заземления - устранение опасности поражения человека током в случае прикос­новения к корпусу электроустановки и другим нетоковедущим частям.

Защитное отключение - быстродействующее отключение аварийного уча­стка или сети в целом при возникновении замыкания на корпус или непосредст­венно на землю, а также при прикосновении к частям находящимся под напряже­нием. Защитное отключение требует постоянного контроля за поддержанием ра­ботоспособности устройства защитного отключения, что весьма затруднительно, а также при отказе устройства защитного отключения электроустановка остается без всякой защиты.

Так как сеть является трехфазной с изолированной нейтралью, то в качестве защиты от поражения током будем использовать защитное отключение /8 /.

В целях предохранения обслуживающего персонала от поражения электрическим током, все металлические части приборов и аппаратов, нормально не находящихся под напряжением, но могущие оказаться под таковым – занулены.

При длительном воздействии допустимый безопасный ток принят в 1 мА.

При продолжительном воздействии до 30 с – 6 мА.

При воздействии 1 с и менее величины токов приведены в таблице 6 .

Таблица 6 - Значения величин токов безопасных для человека

Длительность воздействия, с	1,0	0,7	0,5	0,2
Ток, мА	50	70	100	250

Питание установок автоматизации осуществляется электроэнергией напряжением 380/220В, 50Гц. В целях ликвидации опасного поражения электрическим током при нарушении изоляции и появлении на корпусах оборудования опасного напряжения используем защитное зануление.

В случае касания человеком зануленного корпуса в момент замыкания фазного провода, предусмотрено защитное отключение.

Допустимое время срабатывания защиты по условиям безопасности должно быть не более 1 мА:

t_доп=50/I_h, (36)

где I_h-ток, проходящий через тело человека.

Ток, проходящий через тело человека, рассчитывается по формуле:

, (37)

где R_в – вспомогательное сопротивление;

R_из – сопротивление изоляции;

R_h – сопротивление человека.

Так как R_з << R_из, R_h, то

, (38)

, (39)

Ток I_h = 0.1А относится к смертельно опасным.

Время срабатывания реле, входящего в состав схемы защитного отключения - 0,1секунда, поэтому:

, (40)

То есть, при срабатывании защитного отключения, ток до 0,5А для человека безопасен.

Схема защитного отключения представлена на рисунке .

1 – корпус;

2 - автоматический отключатель;

КО - катушка отключения;

Н - реле максимального напряжения;

R_p - сопротивление защитного заземления;

R_в - вспомогательное сопротивление.

Рисунок 27 – Защитное отключение

5.2 Защита электрогидравлического усилителя мощности в чрезвычай­ных . ситуациях

Для организации и проведения мероприятий по защите объектов и ликви­дации последствий чрезвычайных ситуаций при авариях, стихийных бедствиях и при применении оружия массового поражения необходимы знания поражающих факторов.

При чрезвычайных ситуациях, авариях на радиоактивно опасных и хими­чески вредных предприятиях, а также при применении средств массового пора­жения любой объект промышленности может оказаться в сфере воздействия по­ражающих факторов. Очевидно, что степень разрушения объектов будет различ­ная и она зависит от места расположения в очаге поражения и подготовленности

объекта к защите от воздействия поражающих факторов. Объекты, на которых приняты меры по повышению устойчивости их работы, будут иметь меньшие по­вреждения, а следовательно и сроки ввода их в действие после ликвидации чрез­вычайных ситуаций будут более короткими.

Поражающие действия определяются механическим воздействием удар­ной волны, тепловым воздействием светового излучения, воздействием прони­кающей радиации и радиоактивного заражения.

Световое излучение - это совокупность видимого света и близких к нему по спектру ультрафиолетовых и инфракрасных лучей. Источник светового излу­чения - светящаяся область взрыва. Температура светящейся области в течение некоторого времени сравнима с температурой поверхности солнца (8000-10000 °С и минимум 1800 °С). Размеры светящейся области и ее температура быстро изменяются во времени. Поражающее действие светового излучения характери­зуется световым импульсом /8 /.

В целях безопасности усилителя мощности от воздействия светового из­лучения, необходимо расположить его в системе таким образом, чтобы прямое воздействие светового излучения было невозможно или применять более пожа-роустойчивые материалы.

Ударная волна - это область резкого сжатия среды, которая в виде сфери­ческого слоя распространяется во все стороны от места взрыва со сверхзвуковой скоростью. Ударная волна в воздухе образуется за счет колоссальной энергии, выделяемой в зоне реакции, где исключительно высокая температура, а давление достигает миллиардов атмосфер. С увеличением расстояния от места взрыва ско­рость распространения волны быстро падает, а ударная волна ослабевает. Основ­ным параметром ударной волны является избыточное давление во фронте удар­ной волны Р - это разность между максимальным давлением во фронте ударной волны и нормальным атмосферным давлением Р перед этим фронтом. Значение избыточного давления зависит от мощности, вида взрыва и расстояния /8 /.

Так как электрогидравлический усилитель мощности имеет малые разме­ры и устанавливается или на напорной линии насосной станции, или на сливной линии гидродвигателя работающего от источника питания, , то здание насосной станции и будет защитой разрабатываемого электрогидравлического усилителя мощности от ударной волны.

Проникающая радиация - это один из поражающих факторов, представ­ляющих собой гамма-излучение и поток нейтронов.

Поток нейтронов измеряется числом приходящихся на квадратный метр поверхности и для наземных взрывов очень мал из-за большой плотности атмо­сферы и резко увеличивается для высотных ядерных взрывов, поэтому его воз­действие на электрогидравлический усилитель мощности рассчитывать не нужно.

Ионизирующая способность гамма - лучей характеризуется экспозицион­ной дозой излучения и измеряется в рентгенах (в СИ Кл/кг).

Гамма - излучение, проходя через различные материалы, ослабляется. Сте­пень ослабления зависит от свойств материалов и толщины защитного слоя /8/.

Так как одним из основных материалов, из которых изготавливается электро­гидравлический усилитель мощности является органическое стекло, а оно теряет свои физические свойства и характеристики при экспозиционной дозе гамма-излучения равной 10⁵ Р, то есть является нерадиоактивностойким, то весь расчет бу­дем вести относительно него.

Взяв максимальную экспозиционную дозу гамма-излучения равную 10⁶ Р, можно рассчитать необходимый коэффициент ослабления, который равен:

К_осл=10⁶/10⁵ =10. (41)

Теперь необходимо рассчитать коэффициент защиты:

К₃=К_С-К_П=5, (42)

где К_с = 2 - коэффициент защиты системы для автотехники /8 /;

К_пр - коэффициент защиты прибора.

Из формулы (42): К_пр > К_осл / К_защ =10/2 = 5. Коэффициент защиты прибора рассчитывается по формуле:

К_защ=2^{h / d}_{пол ,} (43)

где h_np - толщина стенки корпуса;

d_np - толщина половинного слоя ослабления материала, из которого из­готовлен корпус.

Выбираем в качестве материала для экрана свинец, для которого d = 1,8 см. По формуле ( 43) определяем толщину экрана h = 4,18 см.

Таким образом получаем, что для ослабления радиоактивного излучения необходимо предусмотреть защитный экран из свинца толщиной h = 4,18 см или же необходимо изготовить данный электрогидравлический усилитель из более радиоактивно устойчивого материала (к примеру из керамики). Но если данный прибор будет использоваться в системе с К₃ > 5, то использование защитного эк­рана необязательно.