Захист приладів апаратури та систем електроживлення компресорного цеху холодильних установок від дії ЕМІ в умовах НС

Міністерство освіти, науки,молоді та спорту України

Одеська національна  академія харчових технологій

Кафедра цивільного захисту

 

 

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

з цивільного захисту

на тему:

«Захист приладів апаратури  та систем електроживлення компресорного  цеху холодильних установок від дії ЕМІ в умовах НС»

 

 

 

 

                                                              Виконав: студент групи 15М

                                                                                     Колесніков М.А.

                                                                            Перевірив: викладач

                                                                                           Швець В.Г.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Одеса,2012р.

 

Електромагнітний імпульс (ЕМІ) - це короткочасне електромагнітне поле, що виникає при вибуху ядерних боєприпасів в результаті взаємодії гамма-променів і нейтронів, що випускаються при ядерному вибуху, з атомами навколишнього середовища. ЕМІ являється вражаючим фактором ядерної зброї, а також будь-яких інших джерел ЕМВ, наприклад блискавки, спеціальної електромагнітної зброї, короткого замикання в електрообладнанні високої потужності і т. д.

ЕМІ виникає під час надзвичайних ситуацій природного та техногенного характеру.

Надзвичайна ситуація - порушення  нормальних умов життя і діяльності людей на об’єкті або території, спричинене аварією, катастрофою, стихійним лихом, епідемією, епізоотією, епіфітотією, великою пожежею, застосуванням засобів ураження, що призвели або можуть призвести до людських і матеріальних втрат.

Вражаюча дія електромагнітного  імпульсу обумовлено виникненням наведених  напруг і струмів в провідниках  різної довжини, розміщених в повітрі  та землі.  ЕМІ захвачують спектр частот від десятків до кількох сотень мегагерц, тобто діапазон, в якому  працюють установки електропостачання, електричної та радіоелектронної апаратури. Під дією цих напруг може відбуватися: пробій ізоляції кабелів, пошкодження вхідних елементів апаратури, підключеної до антен, повітряних і підземним лініях (пробій трансформаторів зв'язку, вихід з ладу розрядників, запобіжників, псування напівпровідникових приладів і т. д.), а також перегорання плавких вставок, включених до лінії для захисту апаратури. Високі електричні потенціали щодо землі, що виникають на екранах, жилах кабелів, антен - фідерних лініях і дротових лініях зв'язку можуть становити небезпеку для осіб, які обслуговують апаратуру. Найбільшу небезпеку ЕМІ представляє для апаратури необладнаної спеціальним захистом, навіть якщо вона знаходиться в особливо міцних спорудах, здатних витримувати великі механічні навантаження від дії ударної хвилі ядерного вибуху. ЕМІ для такої апаратури є головним вражаючим фактором.

Поразка людей можлива тільки в  тих випадках, коли вони в момент вибуху стикаються з простягнутими  провідними лініями. Приймачі енергії ЕМІ - проводять електричний струм тіла: всі повітряні і підземні лінії зв'язку, лінії управління, сигналізації, електропередачі, металеві щогли і опори, повітряні і підземні антенні пристрої, наземні і підземні трубопроводи, металеві дахи та інші конструкції, виготовлені з металу. У момент вибуху в них на частки  секунди виникає імпульс електричного струму і з'являється різниця потенціалу відносно землі.

Ступінь пошкодження апаратури  залежить в основному від амплітуди  наведеного імпульсу напруги чи струму і електричної міцності обладнання.

Головне завдання захисних пристроїв  від ЕМІ - виключити доступ наведених  струмів до чутливих вузлів і елементів  устаткування, що захищається. Проблема захисту від ЕМІ ускладнюється  тим, що імпульс протікає приблизно в 50 разів швидше.

Причини виникнення імпульсних перенапруг

Найбільш небезпечною причиною імпульсних перенапруг в електромережах є розряди блискавок. Удари блискавок  можуть здійснювати руйнуючий вплив  та викликати збої в роботі електрообладнання. Найбільш серйозні пошкодження виникають внаслідок прямого попадання блискавок безпосередньо в житлові чи промислові будівлі або у повітряні лінії електропостачання. Амплітуда таких імпульсів може сягати десятків кіловольт. 
Але й не менше небезпечні удари блискавок в інші сусідні та віддалені об'єкти (блискавковідводи, дерева, інші будівлі, в землю, або міжхмарові розряди). В таких випадках потужні імпульси перенапруг в електромережі спричинює електромагнітне поле розряду блискавки (наведена перенапруга).

Другою причиною виникнення імпульсних перенапруг можуть бути процеси перемикань в системі електропостачання, наприклад  перемикання трансформаторів, електродвигунів  чи інших індуктивностей, раптові  зміни навантаження, вимкнення захисних автоматів чи роз'єднувачів (в розподільчих щитах та шафах).

Третя причина імпульсних перенапруг – нестійкі наводки з невизначеними  амплітудами та частотами, які вносяться  в електромережу самими користувачами  та їх електроприладами (зварювальні  апарати, тиристорні пристрої тощо).

При наземному і низькому повітряному вибуху уражаюча дія ЕМІ спостерігається на відстані кількох кілометрів від центру вибуху. Під час ядерного вибуху на висотах від 3 до 25 км утворюється симетричне джерело генерації, але радіус поширення EMI залишається обмеженим внаслідок сильного поглинання гамма-випромінювання в щільних шарах атмосфери.

Параметри EMI залежать від  потужності й висоти вибуху, а також  відстані від епіцентру вибуху. При  вибухах над атмосферою на висоті понад 100 км мегатонного діапазону створюються EMI, які охоплюють своєю дією велику територію, багато тисяч квадратних кілометрів.

Магнітні й електричні поля EMI характеризуються напруженістю поля. У динаміці імпульс EMI — це швидко затухаючий коливний процес з  кількома квазіпівперіодами.

Уражаюча дія EMI в приземній  області й на землі пов'язана  з акумулюванням його енергії  довгими металевими предметами, рамними  і каркасними конструкціями, антенами, лініями електропередачі та зв'язку, в них виникають сильні наведені струми, які руйнують підключене електронне та інше чутливе устаткування. У районі дії EMI безпосередній контакт людини зі струмопровід-ними предметами небезпечний.

EMI уражає радіоелектронну  і радіотехнічну апаратуру. В  провідниках індукуються високі  напруги і струми, які можуть призвести до постійних або тимчасових пошкоджень ізоляції кабелів, відключення реле і переривників, пошкодження елементів зв'язку, магнітних запам'ятовуючих пристроїв у ЕОМ і системах передачі даних тощо. Найбільш уразливими елементами обладнання є напівпровідникові прилади — транзистори, діоди, кремневі випрямлячі, інтегруючі ланцюги, цифрові процесори, управляючі й контрольні прилади. Чутливі до пошкодження EMI транзистори звукової частоти, перемикаючі транзистори, інтегруючі ланцюги та ін.

Пристрої захисту

Щоб захистити електромережу від  високовольтних імпульсів, необхідно  відвести їх в землю. Для цього  на вводі в об'єкт, а також безпосередньо  біля чутливих електроприладів між  провідниками електромережі та заземленням  включають спеціальні пристрої – обмежувачі імпульсних перенапруг. Ці пристрої складаються з розрядника та/або варістора, які в нормальному стані являють собою розімкнутий ключ. При надходженні високовольтного імпульсу ключ замикається та відводить імпульсний струм в землю (а також розсіює його у вигляді тепла).

Методи захисту системи керування  холодильних приладів від дії  електромагнітного імпульсу:

В компресорних цехах,для захисту  холодильного обладнання, систем енергоживлення ,згідно прийнятої МЕК класифікації обмежувачі імпульсних перенапруг поділяються на три типи: Тип1, Тип 2 та Тип 3.

Тип 1 (B) – призначені для захисту від прямих ударів блискавки в систему грозозахисту будівлі (громовідводи) або в повітряну лінію електропостачання (ЛЕП). Встановлюються на вводі в будівлю в головному розподільчому щиті (ГРЩ). Нормуються імпульсним струмом Iimp з формою хвилі 10/350 мкс. Рівень захисної напруги Up=2-2,5кВ.

Тип 2 (C) – призначені для безпечного замикання на землю імпульсів струму при віддалених удара блискавки або при перемиканнях в системі електропостачання. Вони не призначені для захисту від прямих попадань блискавки, але порівняно з пристроями Типу 1 забезпечують меньший рівень захисної напруги (Up=1,4-1,8кВ). Нормуються імпульсним струмом Iimp з формою хвилі 8/20 мкс. Пристрої Типу 2 рекомендовано встановлювати на вводі електрообладнання, для якого не існує ймовірності прямого попадання блискавки, або використовувати як другий ступінь захисту, встановлюючи після пристроїв Типу 1.

Тип 3 (D) – призначені для захисту окремих електроспоживачів (комп'ютерів, аудіо-відео-техніки та інших чутливих електроприладів) від залишкових стрибків напруги, протифазних перенапруг та високочастотних завад. Встановлюються безпосередньо біля електроприладів, які потребують захисту. Нормуються імпульсним струмом Iimpз формою хвилі 8/20 мкс. Рівень захисної напруги Up<1кВ.

    Головне завдання  захисту пристроїв холодильної установки від ЕМІ – виключити доступ наведених струмів до вузлів та елементів захисного пристрою.  Проблема захисту від ЕМІ ускладнюється тим,  що імпульс протікає приблизно в 50  разів швидше,  чим,наприклад,  розряд блискавки,  і тому прості газові розрядники в даному випадку малоефективні.

Захист кабелів.

Сполучні кабелі - невід'ємна частина електротехнічної системи , котра забезпечує захист від дії ЕМІ. Напруга, що наводиться під дією ЕМІ, залежить від конструкції кабелів, природи кінцевих навантажень і конструкції роз’ємів, якості монтажу кабелю і зовнішнього оточення при його практичному використанні. Сполучні кабелі для захисту прокладають в земляних траншеях під цементною або бетонованою підлогою будинків або укладають в сталеві короби, які заземлюють. Необхідно розміщувати кабелі і на поверхні поля, закривши їх заземленими швелерами. По довжині між собою швелери зварюють так, щоб був надійний електричний контакт. Надійність підвищується, якщо кабель розгалужується і підводиться до кількох шаф з розділовими трансформаторами. У цьому випадку ізольовані ділянки мережі володіють великим опором ізоляції й малою ємністю дротів щодо землі. Також доцільно застосовувати фільтри від високочастотних перешкод.

Захист антен, опор ліній  електропередач,  ліній далекого зв’язку та підключеної до них апаратури.  Для різного виду антен, опор ліній електропередач найбільшу небезпеку являє вертикальна складова напруги електричного поля, яке створює ЕМІ. У зв’язку з цим для їх захисту застосовуються грозозахисні пристрої та розрядники. 

. Захисні розрядники і плавкі  запобіжники.

Основні функції захисного розрядника - детектуватиімпульс, розімкнути лінію чи відвести енергію для запобігання пошкодження в захисному обладнанні. Встановлюється на входи і виходи апаратури.

Для захисту апаратури можуть бути рекомендовані плавкі запобіжники  і захисні вхідні пристосування, які представляють собою різні  релейні чи електронні пристрої, що реагують на перевищення струму або напруги в ланцюзі. Розрізняють два основні види захисних розрядників - «м'які» і «жорсткі».

Довговічність розрядника повинна  відповідати терміну служби схеми, що захищається. Він покликаний постійно підтримувати в ній нормальну напругу і мати високий опір ізоляції, достатню пропускну спроможність по потужності. В процесі спрацьовування їх розрядні характеристики не залежать від полярності імпульсів.

Захист периферійних пристроїв.

    Мікрофони,  зовнішні репродуктори та лінії, які ведуть до них також підвержені дії ЕМІ, як і вхідні пристрої радіоприймачів. Захист елементів системи телефонного зв’язку ефективно вирішується на основі застосування волоконної оптики.  При виборі захисних пристроїв, слід врахувати, що дія ЕМІ характеризується масовістю, тобто одночасною дією захисних засобів у всіх ланцюгах, які знаходяться в районі дії ЕМІ.  Тому застосовані засоби захисту повинні автоматично відновлювати працездатність ланцюгів після дії ЕМІ.

    Стійкість  апаратури,яка є частиною холодильної установки до дії ЕМІ в більшій ступені залежить від правильної експлуатації ліній та контролю за справністю засобів захисту. До основних вимог експлуатації відносяться:  періодичність та своєчасна перевірка електричної потужності ізоляції ліній та вхідних ланцюгів електрорадіотехнічної апаратури, своєчасне виявлення та знешкодження заземлень проводів,  контроль справності розрядників і т.д. Вказані способи та засоби захисту повинні застосовуватись у всіх видах електротехнічної та радіоапаратури з урахуванням характеру вражаючої дії ЕМІ ядерного вибуху для забезпечення надійної роботи підприємств в умовах ядерного вибуху.

Екрани і захисні пристрої.

Металеві екрани відбивають електромагнітні хвилі і гасять високочастотну енергію. Через систему заземлення струм, наведений ЕМІ, стікає в землю, не завдаючи шкоди електронної апаратурі, що знаходиться всередині металевих шаф чи коробів. Найбільш надійний метод збирання екранів - зварка. Найкращі результати дає зварювання в інертному газі. Екранування повністю зварного правильно виготовленого екрану перевищує 100 дБ, що дає великий захист на підприємство. Екранують підземні кабелі мідною, алюмінієвою, свинцевою оболонкою. Найбільш поширений вид екрану – це металева замкнута оболонка, що перешкоджає попаданню електромагнітного поля в простір, зайнятий електронним пристроєм. Крім свого основного функціонального призначення захисні екрани виступають в якості елементів несучої конструкції приладів. Вибір матеріалу екрану обумовлений необхідністю забезпечення ефективного захисту від потужних ЕМВ, забезпеченням потрібної механічної міцності та жорсткості конструкції при мінімальних масогабаритних характеристиках. З фізичної точки зору екранування можна звести до наступного: хвилі електромагнітного поля частково відбиваються від зовнішньої поверхні екрану, частково поглинаються матеріалом екрану, а решта частини проходить крізь екран.У запропонований спосіб захисту бортових цифрових обчислювальних машин від дії ЕМІ, при якому проводять екранування електричної апаратури за допомогою металевих сіток та суцільних тонкостінних металевих листів. Недоліками цього способу, є те, що при його використанні виникають великі проблеми з забезпеченням ефективного екранування об’єктів через технологічні складності виготовлення екранів, у яких відсутні неоднорідності та дефекти (зокрема наявність вводів), неможливість повного екранування електричних ланцюгів та приладів через високу мобільність, специфіку і особливості застосування ОВТ. Крім того, в інших запропонованих екранах недоліками є наявність вузлів (зварювальні, болтові з'єднання), дверей, прокладок, отворів, кабельних вводів та механічних впливів на екран.