Методика розрахунку захисного заземлення 7 страница

5. Зробити висновки щодо загального рівня шуму після відповідного зниження рівнів шуму кожного зверстатів ( перевищуватиме чи не перевищуватиме він допустимого).

Послідовність виконання роботи

1. Використовуючи навчальну та методичну літературу, а також методичні рекомендації до виконання практичної роботи ознайомитися з:

а) загальними відомостями про шуми та звукоізоляцію і звукопоглинання;

б) методами розрахунку звукоізоляційних пристроїв.

2. Відповідно до одержаних від викладача індивідуальних завдань виконати розрахунки звукоізоляційних пристроїв

3. Скласти письмовий звіт про виконану роботу.

Матеріальне оснащення

1. Методичні рекомендації до виконання практичної роботи.

2. Навчально-методична література, довідники, стандарти

3. Калькулятор

Зміст звіту

1. Назва і мета роботи.

2. Результати розрахунків.

3. Висновки

Контрольні питання

1. Що таке шум? Наведіть його фізичні характеристики.

2. Що таке звуковий тиск та інтенсивність звукової енергії?

3. Як впливає шум на організм людини? Як здійснюється нормування та вимірювання шуму?

4. Які нормативні акти визначають допустимі рівні звукового тиску і звуку? Які межі цих допусків?

5. Засоби та заходи захисту від впливу шуму.

6. Які існують методи розрахунку звукоізоляції і звукопоглонання?

7. Як визначається сумарний рівень кількох джерел звуку?

8. Що таке еквівалентний рівень шуму і як він визначається?

9. Як визначається потрібне зниження рівня шуму?

Література

1. Батлук В.А. Охорона праці: Навч. посібник /В.А. Батлук, М.П. Кулик, Р.А. Яцюк. –Львів: Видавництво Національного університету «Львівська політехніка», 2009. – 360 с

2. Гандзюк М.П. Основи охорони праці: Підручник / М.П. Гандзюк, Є.П. Желібо, М.О. Халімовський. За ред.. М.Л. Гандзюка. – К.: Каравела, 2008, - 384 с.

Практична робота № 5

ЕКРАНУВАННЯ ДЖЕРЕЛ ЕЛЕКТРОМАГНІТНИХ

ВИПРОМІНЮВАНЬ

Мета роботи:

1. Ознайомлення з загальними відомостями про джерела електромагнітних випромінювань ті їх екранування.

2. Ознайомлення з методами розрахунку інтенсивності електромагнітних полів і параметрів захисних екрануючих пристроїв.

2. Набуття практичних навичок розрахунку параметрів екранування електромагнітних випромінювань

Теоретичні відомості

1.Загальні відомості

Джерелами випромінювання електромагнітної енергії радіочастотного діапазону є різноманітні установки. Це потужні телевізійні та радіостанції, радіолокаційні пристрої та промислові установки високочастотного нагріву і, нарешті, вимірювальні, контрольні й лабораторні прилади різного призначення та монітори. Джерелами випромінювання можуть бути також будь-які елементи високочастотного ланцюга.

Електромагнітні поля (ЕМП) можуть негативно впливати на організм людини. Первинним проявом дії електромагнітної енергії є нагрів, який може призвести до змін і навіть пошкодження тканин і органів. Нагрів особливо небезпечний для органів зі слабкою терморегуляцією й у складі яких багато води (мозок, очі, нирки, сім'яні залози). Коливання надвисоких частот викликають також помутніння кришталика ока.

ЕМП характеризується довжиною хвилі λ (м), або частотою коливаньf (Гц):

λ = ct= c/f, (1)

де с = 3·10⁸ м/с — швидкість поширення радіохвиль; t — період коливань, с

Робочі місця обслуговуючого персоналу можуть опинитись у таких зонах ЕМП: ближній, проміжній і дальній — залежно від частоти поля, параметрів випромінюваль­ної системи та відстані від джерела випромінювання до робочого місця.

При ізотропному (всенаправленому) випромінюванні ближня зона (зона індукції) поширюється на відстань, м:

r_бл.з≤ λ/2π (2)

дальня зона (хвильова зона) починається на відстанях r_бл.з>λ

При напрямленому випромінюванні:

r_бл.з≤ d²/4λ (3)

r_бл.з≥ d²/λ,(4)

де d- діаметр відбивача антени, м.

Змінне ЕМП є сукупністю двох взаємопов'язаних змінних полів - електричного і магнітного, які характеризуються відповідними векторами напруженості Е (В/м) і Н (А/м). Між ними при поширенні ЕМП у повітрі у дальній зоні існує співвідношення:

Е = 377 Н (5)

де 377 — коефіцієнт пропорційності, В/А; а у середовищі, яке є електропровідним:

(6)

де ω — кругова частота електромагнітних коливань (ω = 2 π f ), рад/с; μ — магнітна проникність середовища, Гн/м; ν - питома електропровідність, См/м (См = 1/Ом); k - коефіцієнт затухання ( ; z — глибина проникнення ЕМП в екран, мм.

У ближній зоні, в якій ще не сформувалась електромагнітна хвиля, електричне і магнітне поля незалежні одне від одного. Тому згідно з ГОСТ 12.1.006-84 у діапазоні частот 60кГц …300МГц ЕМП оцінюються напруженістю електричної і магнітної складових поля, а у діапазоні частот 300 МГц…300 ГГц - густиною потоку енергії (ГПЕ). За електричною складовою напруженість ЕМП не повинна перевищувати 50 В/м - для частот 60 кГц…3 МГц; 20 В/м - для частот 3…30 МГц; 10 В/м - для частот 30…50 МГц; 5 В/м - для частот 50…300 МГц; за магнітною складовою: 5 А/м - для частот 60 кГц…1,5 МГц, 0,3 А/м - для частот 30…300 МГц.

Граничнодопустимий рівень (ГДР) густини потоку енергії ЕМП (Вт/м2) у діапазоні частот 300 МГц … 300 ГГц визначають за формулою:

ГПЕ_ГДР = Е Н_ГДР / Т, (7)

де ЕН_ГДР — нормативне значення енергетичного навантаження за робочий день (2 Вт· год/м²); Т — час перебування у зоні опромінення за робочу зміну, год; при цьому максимальне значення ГПЕ_ГДР не повинне перевищувати 10Вт/м².

Для захисту персоналу від шкідливої дії ЕМП використовують: зменшення потужності випромінювання, екранування (джерела ЕМП чи робочого місця), відда­лення робочого місця на безпечну відстань, зменшення часу перебування у небезпечній зоні, застосування засобів індивідуального захисту та інші заходи.

2. Методи розрахунку інтенсивності ЕМП

На стадії проектування різноманітних високочастотних установок та радіоелект­ронної апаратури необхідно виконувати попередній розрахунок можливої інтенсивності ЕМП на робочому місці.

Відомо, що амплітуда електричної складової поля у ближній зоні зменшується обернено пропорційно кубу відстані від джерела випромінювання, а магнітної скла­дової — обернено пропорційно квадрату цієї відстані. У дальній зоні амплітуди обох складових спадають обернено пропорційно першому степеню відстані.

При ізотропному випромінюваннінапруженість електричного, В/м. і магнітного, А/м, полів на робочому місці визначають за формулами:

у ближній зоні

а) для провідника (антени)

(або ) (8)

H = I· l/4 π r ² (9)

де І - сила струму у провіднику (антені), А; l - довжина провідника (антени), м; ε -діелектрична проникність середовища, Ф/м (для повітря ε = 1); ω - кругова частота поля, рад/с (с^-1); f- частота поля, Гц; r - відстань від джерела випромінювання, м;

б) для котушки

де п - кількість витків котушки, а - радіус котушки, м;

у дальній зоні

(10)

При напрямленому випромінюванні густину потоку енергії (ГПЕ), Вт/м² визна­чають за формулами (за віссю направленості):

у ближній зоні

ψ = 3P_C/ S, (11)

де S — геометрична площа антени, м²; Рс — середня потужність випромінювання, Вт (для установок, що працюють в імпульсному режимі , де Р_імп„ – потужність випромінювання в імпульсі, Вт; τ - тривалість імпульсу, с; Т - період проходження імпульсів, с;

у проміжній зоні -

(12)

Де r_бл.з— радіус ближньої зони за форм. 3;

у дальній зоні

(13)

де σ_а — коефіцієнт посилення антени за потужністю

(14)

де k- коефіцієнт, що враховує конструкцію антени (k = 3…10); Se - ефективна площа антени, м², Se =ηS (η= 0,4…0,7 - коефіцієнт).

Розрахунок за наведеними формулами є орієнтовним і підлягає перевірці після влаштування установки.

3. Екранування джерел випромінювання

Основною характеристикою кожного екрана є рівень послаблення ЕМП (ефек­тивність екранування), що являє собою відношення параметра ЕМП у певній точці за відсутності екрана (E, Н, ГПЕ) до того самого показника у тій самій точці за наявності екрана (Ее, Не, ГПЕе). Наприклад:

(15)

aбо у дБ: G = 201g E/Ee

Конструкції і розміри екранів можуть бути різними відповідно до умов засто­сування. Конструкції можуть бути замкненими або незамкненими, відбивними або поглинальними.

Для поглинальних екранів використовують основу з каучуку, поролону, полісти­ролу тощо з електропровідними добавками (активоване вугілля, сажа, порошок карбонільного заліза), а також керамічно-металеві композиції.

Для відбивних екранів найкращими матеріалами є мідь, латунь, алюміній, а також сталь. Ефективність екранів залежить від частоти ЕМП, матеріалу екрана, його розмірів і якості конструкції. Екрани можуть бути суцільними і сітчастими.

Товщина екрана d, мм, виготовленого із суцільного матеріалу, яка забезпечить задане ослаблення, визначається за формулою:

(16)

де G - задане ослаблення інтенсивності поля; f - частота поля, Гц; μ – абсолютна магнітна проникність матеріалу екрана, Гн/м (міді — 0,99999 · 10^-6 , алюмінію - 1,000023· 10^-8, сталі — 72 π · 10^-6); ν — питома електрична провідність матеріалу, См/м (міді - 0,59· 10⁸, латуні - 1,25· 10⁸, алюмінію - 0,40· 10⁸, сталі - 0,10· 10⁸).

Ослаблення сітчастими екранами (дБ) можна визначити за формулою:

(4.17)

де δ - крок сітки, м; r₀ - радіус дроту, м; β - кут падіння хвилі на сітку.

Формула дійсна при відношеннях: δ/λ < 1; r₀ / λ< 0,04; r₀ / δ< 0,1 і за умови, що сітка знаходиться у хвильовій зоні випромінювання.

Треба зазначити, що при частотах поля більших за 100 кГц достатньою буде товщина екрана у соті частки міліметра. На практиці ж її приймають з конструктивних міркувань 0,5…1мм.

Екранування робочого місця застосовують, якщо неможливо екранувати джерело випромінювання. Для цього споруджують невеликі кабіни чи ширми з металу з покрит­тям їх ззовні поглинальними матеріалами.

4. Завдання для розрахунків

Завдання 1.

Визначити мінімальну товщину суцільного екрана із міді для високочастотної установки ізотропного випромінювання з частотою 60 кГц. Довжина провідника 4 м, сила струму 130 А. Робоче місце розташоване на відстані від джерела випромінювання.

Прийняти за ГОСТ 12.1.006-84 при частоті 60 кГц граничнодопустимі рівні складових ЕМП становлять: електричної - 50 В/м, магнітної— 5А/м.

Методичні рекомендації:

1. Визначається довжина електромагнітної хвилі (форм. 1), м:

2. Визначається радіус ближньої зони за (форм. 2), м: якщо цей радіус менший за довжину хвилі – то це ближня зона, якщо навпаки – дальня.

3. Визначається очікувана напруженість складових ЕМП у розрахунковій точці за формулами (8), (9): Е, В/м, та Н, А/м і порівнюється з ГДР. Якщо котрась з них перевищує ГДР, то її необхідно послаблювати.

5. Визначається потрібне ослаблення напруженості (ефективність екранування) за формулою 15

6. Визначається мінімальна товщина екрана, яка забезпечить задану ефективність екрануван­ня, за формулою 16, мм і приймається конструктивна товщина

Завдання 2.

Визначити необхідну товщину суцільного екрана з алюмінію для робочого місця, розташованого на відстані г = 20 м від антени напрямленого випромінювання, радіус якої R = 2 м. Потужність випромінювання Р = 400 Вт, частота f= 16000 МГц. Час перебування персоналу у зоні випромінювання Т=6 год. Коефіцієнт k = 8, коефіцієнт η = 0,7. Нормативне значення енергетичного навантаження за робочий день ЕНгдр = 2 Вт· год/м²

Методичні рекомендації:

1. Визначається довжина електромагнітної хвилі за формулою 1, м. і визначається – у якій зоні знаходиться джерело випромінювання – у дальній чи ближній.

2. Визначається граничнодопустимий рівень (ГДР) густини потоку енергії, Вт/м², для частоти 16000 МГц за формулою 7.

3. Визначається ефективна площа антени, м² за формулою

Se = η/ S

4. За формулою 14 знаходять коефіцієнт употужнення антени:

5. Визначається інтенсивність ГПЕ на відстані 20 м, Вт/м² (якщо джерело знаходиться у ближній зоні – за формулою 11, якщо у середній – 12, у дальній - 13. ):

6. Визначається необхідна ефективність екранування за формулою 15.

7. Визначається необхідна товщина екрана, мм (за формулою 16) і приймається конструктивне її значення.

Завдання 3.

Визначити відстань, на якій не вимагатиметься екранування від випромінювача ЕМП у вигляді напрямленої антени, ефективна площа якої Se = 0,8 м, потужність Рс = 1500 Вт, працює на частоті f =20 ГГц. Час опромінювання прийняти Т= 24 год. Коефіцієнт k = 6. Нормативне значення енергетичного навантаження за робочий день ЕНгдр = 2 Вт· год/м²

Методичні рекомендації:

1. Визначається довжина електромагнітної хвилі за формулою 1, м:

2. Визначається коефіцієнт употужнення антени за формулою 14.

3. Визначається гранично допустимий рівень ГПЕ за формулою7, Вт/м2:

4. Розв'язуючи формулу 13 відносно r, отримуємо відстань, на якій не вимагатиметься екрануванняза заданих умов:

Послідовність виконання роботи

1. Використовуючи навчальну та методичну літературу, а також методичні рекомендації до виконання практичної роботи ознайомитися з:

а) загальними відомостями про джерела електромагнітних випромінювань ті їх екранування.

б). методами розрахунку інтенсивності електромагнітних полів і параметрів захисних екрануючих пристроїв.

2. Відповідно до одержаних від викладача індивідуальних завдань виконати завдання з розрахунку параметрів захисних екранів від ЕМП..

3. Скласти письмовий звіт про виконану роботу.

Матеріальне оснащення

1. Методичні рекомендації до виконання практичної роботи.

2. Навчально-методична література, довідники, стандарти.

3. Калькулятор

Зміст звіту

1. Назва і мета роботи.

2. Результати розрахунку параметрів захисних екранів від ЕМП.

Контрольні питання

1. Дайте визначення електромагнітного поля та статичної електрики. Дія електромагнітних полів на організм людини.

2. Як здійснюється нормування електромагнітного поля?

3. Які засоби та заходи застосовуються для захисту працівників від електромаг­нітних випромінювань радіочастотного діапазону?

4. Які існують методи розрахунку інтенсивності ЕМП?

5. Як розраховують параметри екранів від ЕМП у ближній , середній та дальній зоні від джерела випромінювання?

Література

1. Батлук В.А. Охорона праці: Навч. посібник /В.А. Батлук, М.П. Кулик, Р.А. Яцюк. –Львів: Видавництво Національного університету «Львівська політехніка», 2009. – 360 с

2. Гандзюк М.П. Основи охорони праці: Підручник / М.П. Гандзюк, Є.П. Желібо, М.О. Халімовський. За ред.. М.Л. Гандзюка. – К.: Каравела, 2008, - 384 с.

3. Катренко Л.А. Охорона праці в галузі освіти: Навч. посіб. / Катренко Л.А., Пістун І.П. – Суми: ВТД «Університетська книга», 2004. – 304 с.

Практична робота № 6

РОЗРАХУНОК ЗАЗЕМЛЕННЯ І ЗАНУЛЕННЯ

ЕЛЕКТРОУСТАНОВОК

Мета роботи:

1. Ознайомлення з загальними відомостями про захисні заземлення та занулення електричних машин та мереж.

2. Ознайомлення з методиками розрахунку захисного заземлення і занулення.

2. Набуття практичних навичок розрахунку захисного заземлення і занулення електроустановок

Теоретичні відомості

1. Загальні відомості

Через пошкодження ізоляції електроустановок на їхніх металевих конструкціях може з'явитися напруга, що створить небезпеку ураження людей електрострумом. Для запобігання електротравматизму при пошкодженні електрообладнання застосовують: захисне заземлення, занулення, захисне відмикання, малу напругу, подвійну ізоляцію та ін.

Захисне заземлення - навмисне електричне з'єднання металевих неструмопровідних частин електроустановки, які можуть опинитися під напругою, із заземлювальним пристроєм (рис. 6.1).

Металеві частини корпусів електроустановок сполучають із землею за допо­могою заземлювачів - металевих провідників, які безпосередньо контактують із землею. Заземлювачі бувають штучні (металеві стрижні, штаби) і природні (металоконструкції будинків, споруд, залізобетонні фундаменти, деякі комунікації). Опір заземлення R₃ у багато разів менший за опір тіла людини R_Л. Тому у разі замикання на корпус практично весь струм замкнеться на землю через заземлювач.

Напруга на корпусі відносно землі: U_K =I₃R₃, де І₃ - струм замикання на землю. Напруга доторкання до корпусу у найнесприятливішому випадку U_Д ≈ U_K,тоді струм крізь людину Іл. = ЗU_Ф/(ЗRл + r + Rл · r/R_З). Отже, струм крізь людину буде тим менший, чим менший R₃ і чим більші R_Л і опір ізоляції r.

Захисне заземлення згідно з "Правилами устройства электроустановок (ПУЭ-86)" застосовується переважно в мережах із ізольованою від землі нейтраллю в особливо небезпечних умовах (шахти, рудники, кар'єри, торфорозробки тощо) за обо­в'язкового постійного надійного контролю стану ізоляції.

Рис 6.1. Принципова схема захисного заземлення:

1 - корпус електроустановки; Z- опір ізоляції фаз відносно землі; r₃ - опір заземлення корпусу електроустановки; Із - струм замикання на землю/

Максимально допустимий опір захисного заземлення визначається умовами виробництва, напругою, значенням сили струму короткого замикання на землю. Згідно з ПУЗ-86 опір заземлення електроустаткування напругою до 1000 В не повинен перевищувати 4 Ом (при потужності джерел струму до 250 кВ· А - не більший за 10 Ом), в установках напругою понад 1000 В - не більший за 0,5 Ом. На відкритих гірничих роботах максимальний допустимий опір заземлення становить 4 Ом, на підземних гірничих роботах - 2 Ом.

Занулення — навмисне електричне з'єднання з нульовим захисним провідником електромережі металевих неструмопровідних частин електроустановки, які можуть опинитися під напругою в разі пошкодження ізоляції (рис. 6.2).

Рис. 6.2. Принципова схема занулення:

1 - корпус електроустановки; F - запобіжники; 2 - апарати для захисту від струмів короткого замикання (плавкі запобіжники, автомати і т.п.); Ro, Rn - опори заземлення відповідно нейтралі і повторного заземлення нейтралі; Ік - струм короткого замикання; Із - частина струму короткого замикання, що проходить крізь землю; Ін — частина струму короткого замикання, що проходить крізь нульовий захисний провідник

Нульовий захисний провідник з'єднує корпус установки з глухо заземленою нульовою точкою обмотки джерела струму (генератора або трансформатора). При пробиванні ізоляції на корпус виникає електричне коло однофазного короткого замикання з малим опором. Оскільки при цьому сила струму буде значною, відбудеться розплавлення плавких запобіжників або спрацювання автоматичних вимикачів, що призведе до вимикання пошкодженого обладнання.

Занулення застосовують у найпоширеніших трифазних чотирипроводових мережах напругою до 1000 В з глухо заземленою нейтраллю джерела живлення як основний захист від ураження електричним струмом при можливому дотиканні до металевих частин електрообладнання, на яких може з'явитися напруга. Заземлення нейтралі називають робочим заземленням, на відміну від захисного.

Нульовий провід заземлюють у джерела струму і на вводах до будинку (до того ж на повітряних лініях ще й через кожні 200 м). Повторні заземлення необхідні для зменшення небезпеки при обриві нульового проводу, щоб зменшити напругу дотику до моменту спрацювання захисту. Опір заземлювального пристрою, до якого приєднана нейтраль (нульова точка) джерела струму, згідно з ПУЕ-86, має бути не більшим ніж 2, 4, 8 Ом відповідно до лінійних напруг джерела трифазного струму 660, 380, 220 В, а опір кожного повторного заземлювача має бути не більшим ніж 15, 30, 60 Ом відповідно тих самих напруг.

У мережах, де застосовують занулення, не можна заземлювати корпуси електроустановок без занулення, оскільки у випадку замикання фази на корпус заземленої, але не зануленої установки, під напругою опиняться усі корпуси інших занулених електроустановок.

Водночас додаткове заземлення занулених електроустановок не забороняється — воно підвищує надійність заземлення нульового проводу.

Заземлювальний пристрій зазвичай розташовують за периметром виробничого приміщення (контурний), що більш ефективно, або збоку (виносний). Він являє собою сукупність заземлювачів - забитих у Груні металевих стрижнів або труб, з'єднаних між собою зварюванням з горизонтальною шиною або круглим провідником, переріз якого не менший за 100 мм² (рис. 6.3).

Глибина траншеї має бути більшою за глибину промерзання ґрунту в цій місцевості. До корпусів електрообладнання провідники занулення (заземлення) прикріплюються болтами з контргайками.

Відповідно до ГОСТ 12.1.030-81 зануленню (або захисному заземленню) підлягають усі електроустановки напругою змінного струму ≥ 380 В (постійного - ≥ 440 В), а також напругою > 42 В змінного струму, що працюють в умовах підвищеної небезпеки і особливо небезпечних щодо ураження електрострумом, та всі електро­установки у вибухонебезпечних зонах.

Рис. 6.3. Встановлення вертикального заземлювача в траншеї: а - траншея; б - розміщення електрода у ґрунті.

Методика розрахунку захисного заземлення

Розрахунок заземлення здійснюється у такій послідовності:

а) визначають розрахунковий питомий опір ґрунту;

б) розраховують опір розтіканню струму одного вертикального заземлювача;

в) визначають необхідну кількість заземлювачів та орієнтовне їх розташування за периметром приміщення з визначенням відстані між ними;

г) розраховують опір розтіканню з'єднувальної шини;

д) розраховують загальний опір заземлювального пристрою з урахуванням з'єднувальної шини.

Послідовність розрахунку:

1. Розрахунковий питомий опір фунту (Ом· м) визначають за формулою:

ρ_р = ρ φ, (1)

де ρ - питомий опір ґрунту за вимірами або орієнтовно за табл. 6.1; φ - кліматичний коефіцієнт, що залежить від характеру ґрунту та його вологості під час вимірів (табл. 6.2).

2. Опір розтіканню струму одного вертикального стрижневого (трубчастого) заземлювача, верх якого заглиблений на h м, Ом:

або: (2)

де l — довжина заземлювача, м; d — діаметр заземлювача, м; t - відстань від поверхні землі до середини заземлювача, м; (t = l/2 + h).

У разі застосування заземлювача з труб довжиною l= 2,5 м, діаметром d_зовн = 0,06м (dвн = 2") і розташування верхнього кінця труб нижче рівня землі на 0,7 м (для зменшення впливу річних температурних коливань на опір заземлювача) Rод = 0,308 ρ_р.

3. Орієнтовна кількість вертикальних заземлювачів, шт.:

n’ = R_ОД / R_З, (3)

де R₃ - найбільший допустимий опір заземлювального пристрою згідно з "Правилами устройства электроустановок".

Таблиця 6.1

Орієнтовні значення питомого опору ґрунтів ρ

Таблиця 6.2

Кліматичні коефіцієнти ґрунтівφ

Примітка: φ ₁ приймається, якщо виміри виконувались при великій вологості ґрунту; φ ₂ -при середній пологості ґрунту; φ ₃ - при сухому ґрунті.

• ⇐ Назад
• 1
• 2
• 3
• 4
• 5
• 678
• 9
• 10
• Далее ⇒