Защита от электромагнитных полей

 

Министерство образования и  науки РФ

 

 

 

 

 

 

 

Федеральное государственное бюджетное  образовательное учреждение

 высшего профессионального  образования

«Национальный минерально-сырьевой университет  «Горный»

 

Кафедра безопасности производств.

Контрольная работа

Тема: Защита от электромагнитных полей.

 

Выполнил: студент гр. ИСТв-09-2                              __________   /__________    /

                                                           (подпись)                (Ф.И.О.)

 

Дата сдачи:                         г.

ПРОВЕРИЛ:

Дата проверки:__________________

Руководитель:                                            __________________          /__________    /

                                                     (должность)                                        (подпись)                                           (Ф.И.О)

 

 

 

 

 

 

 

 

Санкт-Петербург

2012 г. 

УСЛОВИЕ ЗАДАЧИ

Для безопасной эксплуатации оборудования с электромагнитными полями следует: рассчитать границу зон индукции и излучения; определить безопасное расстояние до источника излучения; вычислить напряжённость электрического и электромагнитного полей или плотность потока энергии на заданном расстоянии от источника и сравнить результат с нормативными данными; рассчитать толщину защитного экрана; выбрать средства индивидуальной защиты. Исходные данные приведены в таблице 1:

Таблица 1.

Мощность источника ЭПМ (Р), Вт	240
Частота (f), Гц	104
Направленность ЭМП	300
Расстояние от рабочего места до источника, м	10

 

1. Решение сопроводить схемой с обозначением границ зон и указанием рабочего места.

2. В качестве материала использовать алюминий (γ = 3,54^.10⁵ Ом^-1 см; µ = 4^.10^-9 Гн/см).

3. При выборе средств индивидуальной защиты учитывать мощность установки и длину волны источника.

РЕШЕНИЕ

1. Рассчитаем границу зон индукции и излучения.

Радиус зоны индукции (ближней зоны) определяется по формуле (1):

,          (1)

где l — длина волны электромагнитного излучения.

Длина волны электромагнитного  излучения l определяется по уравнению (2):

,        (2)

где с – скорость света в вакууме (воздухе), равная 3^.10⁸ м/с,

f – частота электромагнитного излучения, с^-1,

ε_r, µ_r – соответственно относительные диэлектрическая и магнитная постоянные, для воздуха равные 1 [2, c.514].

 

Рассчитаем радиус зоны индукции (ближней  зоны):

м   (3)

Проверим размерность полученной величины:

   (4)

 

Следовательно, граница  зоны индукции и излучения располагается  на расстоянии 4,78 км от источника излучения. Ближняя зона расположена на расстоянии 0 < R < 4,78 км от источника излучения. Дальняя зона излучения располагается на расстоянии R>4,78 км от источника излучения. Тогда рабочее место (r=10 м) расположено в ближней зоне.

 

2. Определим безопасное расстояние до источника излучения. В зоне индукции электромагнитная волна не сформирована, поэтому на человека действует независимо друг от друга напряженность электрического и магнитного полей.

ПДУ электрического и магнитного полей при воздействии в течение всей смены составляет 500 В/м и 50 А/м соответственно. ПДУ напряженности электрического и магнитного полей при продолжительности воздействия не более 2 ч. за смену составляет 1000 В/м и 100 А/м [4]. Рассчитаем расстояния от установки, соответствующие Е_ПДУ и Н_ПДУ. Так как электрическое поле оказывает на организм человека большее влияние, чем магнитное поле, то безопасное расстояние рассчитывается исходя из полученного значения Е_ПДУ [2, c.83].

Так как в условии  задачи не указан тип источника ЭМП а также длина проводника, то дальнейшие расчеты проводим, приняв рабочее напряжение излучателя ЭМП равным промышленному напряжению 220 В. Напряженность магнитного поля (Н) данной установки определим по законы полного тока [2, c.518]:

 

        (5),

где I = P/U – ток в проводнике, P – мощность источника ЭМП, U – напряжение в проводнике, G – коэффициент усиления (направленность) электромагнитного поля, R – расстояние от точки наблюдения.

Из (5) определим R_min для Н_ПДУ:

м     (6)

Проверим размерности полученной величины:

      (7)

Напряженность электрического поля в  соответствии с уравнением Пойнтинга равна:

         (8)

 

Следовательно, уравнение (5) для R_min для Е_ПДУ принимает вид:

 

м     (9)

Проверим размерности полученной величины:

      (10)

 

Так как R_min(Е_ПДУ) >> R_min(Н_ПДУ), то расстояние, на котором напряженность электрического и магнитного поля не превышает ПДУ составляет R_min(Е_ПДУ) = 39 м. Следовательно, рабочее место располагается в пределах действия электрического поля, напряженность которого превышает ПДУ (рис.1).

 

Рис.1. Схема границ зон воздействия  ЭМП, где r – расстояния от источника излучения до рабочего места (r=10м), R_min – расстояние, при котором R_min(Е_ПДУ)

ПДУ (R_min = 39м), R – граница ближней и дальней зон излучения

3. Вычислим напряжённость электрического и электромагнитного поля на заданном расстоянии от источника.

В соответствии с формулой (5) получим:

А/м      (11),

 

Проверим размерности  полученной величины:

       (12)

 

В соответствии с формулой (7) получим:

 

В/м        (13)

 

Сравним полученный результат с нормативными данными.

Н = 5,2 А/м не превышает Н_ПДУ, равное 50 А/м (5,2 < 50).

E = 1964,17 В/м значительно превышает максимально допустимое значение Е_ПДУ, равное 500 А/м в L = 1964,17/500 = 4 раза.

 

4. Рассчитаем толщину защитного экрана.

Так как значения ПДУ превышаются  только напряженностью электрического поля, а значение напряженности магнитного поля находится в пределах допустимых значений, то рабочее место необходимо экранировать от воздействия электрической составляющей ЭМП. Эффективность экранирования электромагнитного излучения для рассчитываемого экрана рассчитывается по формуле (14):

 

дБ    (14)

 

Результирующее поле очень быстро убывает в экране, проникая в  него на незначительную величину δ, определяемую по формуле (15) [2, c.515 - 516].

         (15)

 

где - угловая частота поля, Гц;

µ – магнитная проницаемость, Гн/м (для алюминия µ = 4^.10^-9 Гн/см = 4^.10^-7 Гн/см);

γ – элекрическая проводимость, См/м (для алюминия 3,54^.10⁵ Ом^-1/см = 3,54^.10⁷ См/м).

 

Вычислим δ по формуле (15):

м = 37,3 см   (16)

 

Следовательно, для снижения напряженности  электрического поля на рабочем месте  до уровня ПДУ, рабочее место необходимо экранировать листами алюминия толщиной 37,3 см. Для исключения отражения электромагнитных волн, пол рабочего места следует застелить резиновыми ковриками, поглощающими излучение.

 

5. Выберем средства индивидуальной защиты.

Для защиты работников от электрического поля низкой и очень низкой частоты, создаваемого промышленными установками, применяется экранирующий костюм (комбинезон или куртка с брюками).Также в комплект костюма входят: металлическая или пластиковая металлизированная каска, рукавицы (перчатки), покрытые проводящей тканью и спецобувь [1, c.169].

Все составляющие костюма соединены  между собой проводниками с целью  обеспечения надежной электрической  связи с целью предотвращения проникновения излучения сквозь ткань костюма (для защиты от ЭМИ необходимо заземление).

Для защиты глаз сотрудников используются защитные очки З5-80 (ГОСТ 12.4.013-75). Обращенная к глазу поверхность стекол покрыта бесцветной прозрачной пленкой диоксида олова, ослабляющей электромагнитную энергию по 30 дБ при светопропускании не ниже 75% [2, c.518].

 

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ

Вопрос № 6. Изложите, какие виды опасных и вредных факторов возникают при монтаже и наладке электроаппаратуры и действие этих факторов на организм человека. Как нормируются их величина и длительность воздействия. Приведите примеры использования принципов и средств снижения их воздействия на оператора (можно на примере вашего предприятия) [2, с.533]

По определению ГОСТ 12.1.009-76 «Электробезопасность – система организационных и технических мероприятий и средств, обеспечивающих защиту людей от вредного и опасного воздействие электрического тока, электрической дуги, электромагнитного поля и статического электричества».

Для обеспечения электробезопасности  применяются отдельно или в сочетании следующие технические способы и средства защиты:

1) недоступность токоведущих частей, находящихся под напряжением  для случайного прикосновения  изоляцией токоведущих частей, ограждением,  различными блокировками, размещением  токоведущих частей на недоступном расстоянии;

2) электрическое разделение цепи (сеть разделяется на отдельные  электрически несвязанные между  собой участки с помощью разделительных  трансформаторов);

3) малое напряжение – это  номинальное напряжение не более  42 В, применяемое в целях уменьшения опасности поражения электрическим током;

4) двойная изоляция, состоящая из  основной и дополнительной (основная  электрическая изоляция токоведущих  частей электроустановки обеспечивает  нормальную ее работу и защиту  от поражения электрическим током, а дополнительная предназначена для защиты от поражения электрическим током в случае ее повреждения;

5) выравнивание потенциалов –  способ снижения напряжения прикосновения  и шага между точками электрической  цепи, к которым возможно одновременное  прикосновение или на которых может одновременно стоять человек (для равномерного распределения электрического потенциала на площадке применяются искусственные заземлители;

6) защитное заземление – преднамеренное  электрическое соединение с землей  или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей электроустановки, которые могут оказаться под напряжением;

7) зануление - преднамеренное электрическое соединение с нулевым защитным проводником металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением.

8) защитное отключение – это  быстродействующая защита, обеспечивающая  автоматическое отключение электроустановки  при возникновении опасности  поражения током. Такая опасность  может возникнуть при замыкании  фазы на корпус электрооборудования,  при снижении сопротивления изоляции фаз относительно земли ниже определенного предела, при появлении в сети более высокого напряжения, при прикосновении человека к токоведущей части, находящейся под напряжением.

Вопрос № 19. Опасность работы с генераторами ВЧ, СВЧ, УВЧ. Нормирование воздействия, пути и средства защиты от этих излучений

Электромагнитное поле (ЭМП) радиочастот характеризуется способностью нагревать материалы; распространяться в пространстве и отражаться от границы раздела двух сред; взаимодействовать с веществом. При оценке условий труда учитываются время воздействия ЭМП и характер облучения работающих.

Электромагнитные волны лишь частично поглощаются тканями биологического объекта, поэтому биологический  эффект зависит от физических параметров ЭМП радиочастот: длины волны (частоты колебаний), интенсивности и режима излучения (непрерывный, прерывистый, импульсно- модулированный), продолжительности и характера облучения организма (постоянное, интермитирующее), а также от площади облучаемой поверхности и анатомического строения органа или ткани. Степень поглощения энергии тканями зависит от их способности к ее отражению на границах раздела, определяемой содержанием воды в тканях и другими их особенностями. При воздействии ЭМП на биологический объект происходит преобразование электромагнитной энергии внешнего поля в тепловую, что сопровождается повышением температуры тела или локальным избирательным нагревом тканей, органов, клеток, особенно с плохой терморегуляцией (хрусталик, стекловидное тело, семенники и др.). Тепловой эффект зависит от интенсивности облучения.

Действие ЭМП радиочастот на центральную нервную систему  при плотности потока энергии (ППЭ) более 1 мВт/см свидетельствует о  ее высокой чувствительности к электромагнитным излучениям. Изменения в крови наблюдаются, как правило, при ППЭ выше 10 мВт/см. При меньших уровнях воздействия наблюдаются фазовые изменения количества лейкоцитов, эритроцитов и гемоглобина (чаще лейкоцитоз, повышение эритроцитов и гемоглобина). При длительном воздействии ЭМП происходит физиологическая адаптация или ослабление иммунологических реакций.

Поражение глаз в виде помутнения хрусталика - катаракты - является одним  из наиболее характерных специфических  последствий воздействия ЭМП  в условиях производства. Помимо этого  следует иметь в виду и возможность неблагоприятного воздействия ЭМП- облучения на сетчатку и другие анатомические образования зрительного анализатора.

Клинико-эпидемиологические исследования людей, подвергавшихся производственному  воздействию СВЧ- облучения при интенсивности ниже 10 мВт/см, показали отсутствие каких-либо проявлений катаракты.

Воздействие ЭМП с уровнями, превышающими допустимые, могут приводить к  изменениям функционального состояния  центральной нервной и сердечно-сосудистой систем, нарушению обменных процессов и др. При воздействии значительных интенсивностей СВЧ могут возникать более или менее выраженные помутнения хрусталика глаза. Не редко отмечаются изменения в составе периферической крови. Начальные изменения в организме обратимы. При хроническом воздействии ЭМП изменения в организме могут прогрессировать и приводить к патологии.

Интенсивность электромагнитных полей  радиочастот на рабочих местах персонала, проводящего работы с источниками  ЭМП, и требования к проведению контроля регламентируют специальные ГОСТы.

ЭМП радиочастот в диапазоне  частот 60 кГц — 300 МГц оценивается  напряженностью электрической и  магнитной составляющих поля; в диапазоне  частот '300 МГц — 300 ГГц - поверхностной  плотностью потока энергии (ППЭ) излучения  и создаваемой им энергетической нагрузкой (ЭН).

Максимальное значение ППЭ не должно превышать 10 Вт/м' (1000 мкВт/см').

Средства и методы защиты от ЭМП  делятся на три группы: организационные, инженерно-технические и лечебно- профилактические.

Организационные мероприятия предусматривают предотвращение попадания людей в зоны с высокой напряженностью ЭМП, создание санитарно-защитных зон вокруг антенных сооружений различного назначения.

Общие принципы, положенные в основу инженерно- технической зашиты, сводятся к следующему: электрогерметизация элементов схем, блоков, узлов установки в целом с целью снижения или устранения электромагнитного излучения; защита рабочего места от облучения или удаление его на безопасное расстояние от источника излучения. Для экранирования рабочего места используют различные типы экранов: отражающие и поглощающие.

В качестве средств индивидуальной защиты рекомендуется специальная  одежда, выполненная из металлизированной  ткани, и защитные очки. Лечебно-профилактические мероприятия должны быть направлены прежде всего на раннее выявление нарушений в состоянии здоровья работающих. Для этой цели предусмотрены предварительные и периодические медицинские осмотры лиц, работающих в условиях воздействия. СВЧ — 1 раз в 12 месяцев, УВЧ и ВЧ- диапазона — 1 раз в 24 месяца.

Вопрос № 30. Оказание первой помощи человеку, пораженному электрическим током, получившим острое отравление, механическую травму (по вашему выбору)

Оказание первой помощи человеку, пораженному электрическим током. Первая помощь человеку, пораженному электричеством, состоит из двух этапов: освобождение пострадавшего от воздействия электрического тока и оказание ему первой помощи.

Если человек прикоснулся к  токопроводящей части электроустановки и не может самостоятельно освободиться от воздействия тока, то присутствующим необходимо оказать ему помощь. Для этого следует быстро отключить электропроводку с помощью выключателя, рубильника и т.д. Если быстро отключить электроустановку от сети невозможно, то оказывающий помощь должен отделить пострадавшего от токопроводящей части. При этом следует иметь в виду, что без применения необходимых мер предосторожности нельзя прикасаться к человеку, находящемуся в цепи тока, так как можно самому попасть под напряжение.

Если пострадавший попал под  действие напряжения до 1000 В, токопроводящую часть от него можно отделить сухим канатом, палкой или доской или оттянуть пострадавшего за одежду, если она сухая. Руки человека, оказывающего помощь, следует защитить диэлектрическими перчатками, на ноги необходимо надеть резиновую обувь или встать на изолирующую подставку (сухую доску).

Если перечисленные меры не дали результата, допускается перерубить провод топором с сухой деревянной рукояткой или перерезать его  другим инструментом с изолированными ручками.

При напряжении, превышающем 1000 В, лица, оказывающие помощь, должны работать в диэлектрических перчатках и обуви и оттягивать пострадавшего от провода специальными инстру¬ментами, предназначенными для данного напряжения (штангой или клещами). Рекомендуется также накоротко замкнуть все провода линии электропередачи, набросив на них соединенный с землей провод.

После освобождения пострадавшего от воздействия электрического тока ему оказывают первую медицинскую помощь. Оказание первой помощи зависит от состояния в котором находится пострадавший. Для определения этого состояния необходимо немедленно:

- уложить пострадавшего на спину  на твердую поверхность,

- проверить наличие у пострадавшего  дыхания, пульса,

- проверить состояние зрачка  – узкий или расширенный (расширенный зрачок указывает на ухудшение кровоснабжения мозга).

Во всех случаях необходимо срочно вызвать врача независимо от состояния больного.

Если получивший электротравму  находится в сознании, но до этого  был в состоянии обморока, или  продолжительное время находился в состоянии обморока, или продолжительное время находился под током, его следует удобно уложить на подстилку, накрыть одеждой и до прибытия врача обеспечить полный покой, непрерывно наблюдая за дыханием и пульсом.

Если человек  потерял сознание, но дыхание и работа сердца сохранились, пострадав¬шего укладывают на мягкую подстилку, расстегивают пояс и одежду, обеспечивая тем самым приток свежего воздуха. Далее дают нюхать нашатырный спирт, |обрызгивают водой.

При редком и  судорожном, а также ухудшающемся дыхании пострадавшему делают искусственное дыхание и наружный массаж сердца.

Если отсутствуют признаки жизни (дыхание, сердцебиение, пульс), нельзя считать пострадавшего мертвым, так как смерть бывает лишь кажущейся. В этом случае нужно делать искусственное  дыхание и массаж сердца. Первую помощь следует оказывать немедленно и непрерывно на месте [2, с.553].

Вопрос № 31. Опишите сущность и область применения защитного заземления и зануления, действующих электроустановок; приведите электрические схемы

Защитное заземление – это преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей электроустановки, которые могут оказаться под напряжением [2, с.538].

Рис.2. Принципиальная схема защитного  заземления [2, с. 539]

 

Защитное действие заземления основано на снижении напряжения прикосновения  при попадании напряжения на нетоковедущие части (вследствие замыкания на корпус и др. причин), что достигается уменьшением разности потенциалов между корпусом электроустановки и землей как из-за малого сопротивления заземления, так и повышения потенциала примыкающей к оборудованию поверхности земли. Чем меньше сопротивление заземления, тем выше защитный эффект.

Согласно ГОСТ 12.1.030-81 для трехфазных сетей с заземленной нейтралью  источника питания напряжением 220, 380, 660 В и однофазных сетей напряжением  127, 220, 380 В сопротивление заземления должно быть не более 8, 4, 2 Ом соответственно; в сетях с изолированной нейтралью до 1000 В сопротивление заземления должно быть не более 10 Ом в сочетании с контролем сопротивления изоляции.

Защитное заземление при меняется в трехфазной трехпроводной сети напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью и выше 1000 В с любым режимом нейтрали. В четырехпроводных трехфазных сетях с заземленной нейтралью напряжением до 1000 В в качестве защитной меры в стационарных установках применяется зануление.

Зануление – это преднамеренное электрическое соединение с нулевым  защитным проводником металлических  нетоковедущих частей, которые могут  оказаться под напряжением.

Рис.3 Принципиальная схема зануления  электроустановки [2, с. 540]

Защитное действие зануления: при  пробое изоляции на корпус образуется цепь с очень малым сопротивлением: фаза- корпус – нулевой провод –  фаза. Следовательно, пробой на корпус при наличии зануления превращается в однофазное короткое замыкание (КЗ). Возникающий в цепи ток резко возрастает, в результате чего срабатывает максимальная токовая защита и селективно отключает поврежденный участок сети. Для обеспечения надежного отключения необходимо, чтобы ток КЗ превышал номинальный ток защиты: Iкз >KIном, где Iном – номинальный ток плавкой вставки или ток установки расцепителя автомата; К – коэффициент кратности, равный 3для плавких вставок и автоматов с обратнозависимой от тока характеристикой; при отсутствии заводских данных для автоматов с номинальным током до 100 А кратность тока КЗ относительно величины уставки следует принимать равной 1,4, для прочих автоматов – 1,25.

Для схемы зануления необходимо наличие в сети нулевого провода, заземления нейтрали источника и  повторного заземления нулевого провода.

Назначение нулевого провода – создание для тока КЗ цепи с малым сопротивлением, чтобы ток был достаточным для срабатывания защиты, быстрого отключения поврежденной установки от сети.

Назначение повторного заземления нулевого провод, которое для воздушных  сетей осуществляется через каждые 250 м, состоит в уменьшении потенциала зануленных корпусов при обрыве нулевого провода и замыкании фазы на корпус за местом обрыва. Повторное заземление значительно уменьшает опасность поражения током, но не устраняет ее полностью, поэтому необходима тщательная прокладка нулевого провода, чтобы исключить обрыв.

Назначение заземления нейтрали - снижение до минимального значения напряжения относительно земли нулевого провода и всех присоединенных к нему корпусов при случайном замыкании фазы на землю.

В соответствии с ГОСТ 12.1.030-81 защитное заземление или зануление электроустановок следует выполнять:

- при номинальном напряжении 380 В и выше переменного тока, а также 440 В и выше постоянного  тока – во всех случаях;

- при номинальном напряжении от 42 до 380 В переменного тока и от 110 до 440 В постоянного тока – при работах в условиях с повышенной опасностью и особо опасных.

Вопрос № 50. Опишите средства обеспечения качества и температурно-влажностного режима воздушной среды в производственных помещениях. Перечислите средства индивидуальной защиты органов дыхания и оздоровительные мероприятия, которые должны применяться для нормализации температуры и влажности в помещении [2, с. 490].

Для исключения вредного влияния микроклиматических факторов на организм человека и создания нормальных условий труда в рабочей зоне производственных помещений параметры воздушной среды должны соответствовать СанПиН 2.2.4.548-96 «Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений» и ГОСТ 12.1.005-88 «Воздух рабочей зоны. Общие требования безопасности». В стандарте установлены ПДК 1307 вредных веществ в воздухе рабочей зоны. Нормы регламентируют температуру воздуха, его относительную влажность, интенсивность теплового облучения для рабочей зоны в виде оптимальных и допустимых величин с учетом сезона и тяжести выполняемых работ.

При проектировании и эксплуатации производств должны быть учтены следующие  аспекты химической безопасности: профилактика интоксикации непосредственно на рабочем  месте и опасность вредных выбросов как на территорию предприятия, так и за его пределы.

Обеспечение нормальных метеорологических  условий и чистоты воздуха  на рабочих местах зависит от правильно  организованной системы вентиляции.

Вентиляция – это организованный воздухообмен, регламентируемый СНиП 41-01-2003 «Вентиляция, отопление и кондиционирование» и ГОСТ 12.4.021-75 «Системы вентиляционные. Общие требования».

Естественная вентиляция может  иметь неорганизованный характер (неплотности  и поры наружных ограждений, форточки, окна, открываемые без всякой системы) и организованный характер (воздухообмен регулируется с помощью специальных устройств – аэрация). Недостаток естественной вентиляции – приточный воздух вводится в помещение без предварительной очистки и подогрева, а удаляемый не очищается от вредных выбросов.

Для обеспечения оптимальных качественных и температурно-влажностных показателей  используют искусственную вентиляцию.

Приточные вентиляционные системы  обычно состоят из воздухозаборных  устройств, устанавливаемых снаружи здания в тех местах, где воздух наименее загрязнен; устройств, предназначенных для придания воздуху необходимых качеств (фильтры, калориферы); воздуховодов для перемещения воздуха к месту назначения; возбудителей движения воздуха (вентиляторы, эжекторы); воздухораспределительных устройств (патрубки, насадки), обеспечивающих подачу воздуха.

Вытяжные вентиляционные системы  помимо воздуховодов имеют различные  местные укрытия, максимально сокращающие  выделение вредностей в рабочие  помещения.

Для защиты работающих от вредностей и неблагоприятного воздействия метеорологических условий применяют  специальные методы – аспирацию (вредные выделения удаляют из внутренних объемов технологического оборудования), воздушное душирование (направленный на рабочего поток воздуха обеспечивает увеличение отдачи тепла человека при возрастании скорости обдувающего воздуха), воздушные завесы  (ограничивают поступление холодного воздуха в помещение через часто открываемые двери или ворота).