Гражданская оборона: устойчивость лаборатории к воздействию Электромагнитного Импульса(ЭМИ)Исследование устойчивости предприятий проводится силами инженерно-технического персонала с привлечением специалистов научно-исследовательских и проектных организаций, связанных с данным предприятием. Весь процесс планирования и проведения исследования можно разделить на три этапа [15] : 1. Подготовительный этап. На первом этапе разрабатываются руководящие документы, определяется состав участников исследования и организуется их подготовка. 2. Оценка устойчивости работы объекта в условиях ЧС. На втором этапе проводится непосредственно исследова н ие устойчивости работы объекта в ЧС. 3. Разработка мероприятий, повышающих устойчивость работы объекта . На треть ем этапе подводятся итоги проведенных исследований. Группы специалистов по результатам исследований подготавливают доклады, в к о торых излагаются выводы и предложения по защите рабочих и служащих и повыше н ию устойчивости оценива е мых элементов производства. На каждом предприятии, исходя из его назначения, размещения и специфики производства, мероприятия по повышению усто й чивости могут быть различными. На образование 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 электрическ и х элементов, связанных с большими антеннами или открытыми проводами, а также к серьезным нарушениям в цифровых и контрольных устройствах, обычно без необратимых изменений. Особенностью ЭМИ как поражающего фактора является его способность распространяться на десятки и сотни километров в окружающей среде и по различным коммуникациям. Поэтому ЭМИ может оказать воздействие там, где ударная волна, световое излучение и проникающая радиация теряют свое значение как поражающие факторы. При наземных и низких воздушных взрывах в зоне, радиусом в нес к олько километров от места взрыва, в линиях связи и электроснабжения возникают напряжения, которые могут вызвать пробой изоляции проводов и кабелей относительно земли, а также пробой изоляции элементов аппаратуры и устройств, подключенных к воздушным и под з емным линиям. Степень повреждения зависит в основном от амплитуды наведенного импульса напряже н ия или тока и э лектрической прочности оборудования. Глав н ая задача защитных устройств от ЭМИ — исключить доступ навед енны х 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 ко н кретном случае должны быть найдены наиболе е эффективные и э коном и чески целесообразные методы защиты электронной аппаратуры и крупных разветвленных электротехнических сист е м. Рассмотрим основные методы защиты [15] : 1. Экраны и защитные устройства. Металлические экраны отражают электромагнитные волны и гасят высокочастотную энергию. Через систему заземления ток, наведенный ЭМИ, стекает в землю, не причиняя вреда электронной аппаратуре, находящейся внутри металлических шкафов или коробов. 2. Защита кабелей. Соединительные кабели для защиты прокладывают в земляных траншеях под цементным или бетонированным полом зданий либо заключают в стальные короба, которые заземляют. Можно размещать кабеля и на поверхности поля, закрыв их заземленными швеллерами. Надежность повышается, если кабель разветвляется и подводится к нескольким шкафам с разделительными трансформаторами. В этом случае изолированные участки сети обладают большим сопротивлением изоляции и малой емкостью проводов относительно земли. Также целесообразно применять фильтры от высокочастотных помех. 3. Защитные разрядники и плавкие предохранители. Основ н ые функции защитного ра з рядника — разомкнуть линию или отвести энергию для предотвращения повреждения в защищаемом оборудовании. Устанавливается на входы и выходы аппаратуры. Для защиты аппаратуры могут быть рекомендованы плавкие предохранители и защитные входные приспособления, которые представляют собой различные релейные или элек тронные устройства, реагирующие на превышение тока или напряжения в цепи. 4. Грозозащитные устройства. Обеспечивают «стекание» большого разряда в землю без повреждения изоляционных элементов линий. 5. Использование симметричных двухпроводных линий. 6. Защита периферийных устройств. Указан н ые способы и средства защиты должны внедряться во все виды электротехнической и радиоэлектронной аппаратуры с учетом характера поражающего действия электромагнитных излучений ядерного взрыва д ля обеспечения надежности работы предприятий в условиях ЧС мирного и военного времени. 4.2 Исходные данные Оценить устойчивость работы лаборатории физики твердого тела к воздействию ЭМИ ядерного взрыва по исходным данным, занесенным в таблицу 4.1. Объект располагается на расстоянии R = 5 км от вероятного ядерного взрыва. Ожидаемая мощность ядерного боеприпаса q = 1000 кт, взрыв наземный. Элементы системы, подверженные воздействию ЭМИ: 1. Питание электродвигателей: напряжения 380 В и 6000 В по подземным неэкранированным кабелям l 1 = 75 м. Кабели имеют вертикальное отклонение к электродвигателям высотой l 1 = 1,5 м. Допустимые колебания напряжения сети ± 5%, коэффициент экранирования кабеля h = 2. 2. Система автоматического управления энергоблока состоит из устройства ввода, ЭВМ, блока управления исполнительными органами, разводящей сети управления дополнительными агрегатами. Устройство ввода, ЭВМ, блок управления выполнены на микросхемах, имеющих токопроводящие элементы высотой l 3 = 0,05 м. Рабочее напряжение микросхем 5 В. Питание от общей сети напряжения 220 В через трансформатор. Допустимые колебания напряжения сети ± 5%. Разводящая сеть управления имеет горизонтальную линию l 2 = 50 м и вертикальные ответвления высотой l 2 = 2 м к блокам управления. Рабочее напряжение питания 220В. Допустимые колебания напряжения сети ± 5%, коэффициент экранирования разводящей сети h = 2. Таблица 4.1 — Исходные данные по оценке воздействия ЭМИ на устойчивость объекта
 (4.1)  (4.2) где R — расстояние объекта от вероятного ядерного взрыва; q — ожидаемая мощность ядерного боеприпаса.  В/м,  В/м. 2. Определим максимальные ожидаемые напряжения наводок [ 16 ]: а) в системе электропитания:  (4.3)  (4.4) где l 1 — высота вертикального отклонения кабеля к электродвигателям, L 1 — длина подземного экранированного кабеля; h — коэффициент экранирования кабеля.   б) в разводящей сети управления:  (4.5)  (4.6) где l 2 — высота вертикального ответвления разводящей сети управления к блокам управления, L 2 — длина горизонтальной линии разводящей сети управления; h — коэффициент экранирования кабеля.   В в) в устройстве ввода, ЭВМ, блоке управления:  (4.7) где l 3 — высота токопроводящих элементов; h — коэффициент экранирования кабеля.  В 3. Определим допустимые максимальные напряжения наводок [ 16 ]: а) в сети питания:  (4.8) где U — напряжение питания электродвигателей;   б) в разводящей сети управления:  в) в устройстве ввода, ЭВМ, блоке управления:  4. Рассчитаем коэффициент безопасности [ 16 ]:  (4.9) где U Д — допустимое максимальное напряжение наводок в устройстве ввода, ЭВМ, блоке управления, U Э — ожидаемое максимальное напряжение наводок в устройстве ввода, ЭВМ, блоке управления.  Сведем полученные данные в таблицу (см. таблицу 4.2). Таблица 4.2 — Результаты оценки устойчивости объекта к воздействию ЭМИ
Возможен выход из строя элементов объекта от величины вертикальной составляющей электрического поля. |