birmaga.ru
добавить свой файл

1
1.Электромагнитные поля промышленных частот. Характеристика ЭМП ПЧ, воздействие на человека, нормирование, защита от ЭМП ПЧ. Электромагнитные поля промышленных частот

ЭМП ПЧ – 3 Гц < f < 300Гц

Характеристики:

Е – В/м, Н – А/м

ЛЭП - линии электропередачи

ЛЭП 500 Н=8 А/м

Воздействие:

1. Биологическое воздействие: на центральную нервную систему, головной мозг. Степень воздействия зависит от величины магнитной составляющей, времени воздействия.

2.
Электризация.
Нормирование ЭМП ПЧ (промышленных частот).

Правила устройства электроустановок (ПУЭ). Допустимые значения напряженности электрических полей:

1. Внутри жилых помещений Е0,5кВ/м

2. На территории жилой застройки Е 1кВ/м

3. Вне жилой застройки в населённой местности (дача и т.п.) E<=5кВ/м

4. На участках пересечения с автодорогами Е10кВ/м

5. В населённых пунктах на незастроенной территориях доступных для людей и транспорта (скверы, парки, лесопосадки) Е15кВ/м
Защита:


  1. Использование санитарно-защитной зоны (ЗЗ). Радиус ЗЗ устанавливает величину допустимых значений Е не более 1кВ/м:

ЛЭП 330 R  20м ЛЭП 500 R  30м

ЛЭП 750 R  40м ЛЭП 1150 R  55м

Сокращение времени пребывания (ГОСТ 12.1.002-84)

при U=5кВ/м - не более 8 часов

  1. Экранирование помещения (экраны: сплошные, сетчатые, решётчатые)


2. Электромагнитные поля радиочастот. Основные параметры, характеризующие ЭМП. Расчет радиусов зон для ненаправленного источника.
Основные источники: радио-, телепередающие центры, радиолокаторы, промышленные электротермические оборудование, контролирующие устройства. В радиоустройствах: фидерные линии, усилители мощности.

Классификация:

- по мощности:

  1. малой, Р < 5кВт


  2. средней, 5 – 25кВт

  3. мощные, 25 – 100 кВт

  4. сверхмощные, > 100 кВт

- по диапазону частот: (таблицу см. в тетради)
Основные параметры, характеризующие ЭМП:
Е, В/м – напряженность электрического поля

Н, А/м – напряженность магнитного поля

f, Гц – частота

с – скорость распространения

, Вт/м2 – плотность потока энергии

Расчет радиусов зон для ненаправленного источника:

Зоны:

  1. ближняя зона (зона индукции)

Rбз ≤ λ /2π =1\6 λ



I – ток в антенне

l - длина антенны

 - диэлектрическая проницаемость среды

- круговая частота

  1. промежуточная зона (зона интерференции)

Rпр.з. = RДЗ – Rбз


  1. Волновая зона (зона излучения)

RДЗ > 6 λ



P – мощность генератора

G – коэффициент усиления антенны (у ненаправленной антенны G = 1)

3. Плотность потока энергии /ППЭ/.
ППЭ I
эмп [Вт/м2] относится к основным параметрам, характеризующем электромагнитное поле (ЭМП). Кроме ППЭ, сюда также входит напряженность электрического поля Е [В/м], напряженность магнитного поля Н [А/м]. Iэмп связана с Е формулой:

Расчёт параметров Iэмп, Е и Н зависит от зоны


  1. Ближняя зона (зона индукции) : здесь Е и Н действуют отдельно.
    радиус ближней зоны

    где I – ток в антенне; l – длина антенны; ε – диэлектрическая проницаемость среды; ω – круговая частота поля


  2. Промежуточная зона (зона интерференции)



  3. Волновая зона (зона излучения)
    , где Р – мощность генератора;
    G – коэф. усиления передающей антенна;
    Для ненаправленной антенны G = 1.

4. Воздействие ЭМП на человека.
Степень воздействия на человека ЭМП зависит от:

  1. интенсивности излучения

  2. диапазона частот

  3. продолжительности излучения

  4. характера излучения (прерывистое и непрерывное, модулированное и нет)

  5. размер облучаемой поверхности

  6. индивидуальные особенности организма


ЭМП оказывает два вида воздействия:

  1. Тепловое.

    Это явление обусловлено тем, что под воздействием ЭМП, в облучаемых тканях возникают ионные токи и токи проводимости. При ППЭ Iэмп=10 мВт/м2 системы человека справляются с нагревом, но при превышении этого значения наступает перегрев (общий или локальный).




  2. Биологическое.
    Вдоль линий силового поля изменяется ориентация клеток. Воздействие: на головной мозг, нервную систему, сердечно-сосудистую систему, на органы зрения.


5. Принципы нормирования ЭМП.
ЭМП регламентируется ГОСТом 12.1.006-89.
В зависимости от диапазона частот нормируются разные параметры:


  • от 60кГц - 300Мгц нормируется напряженности магнитной и электрической составляющей ЭМП.

  • от 300Мгц - 300ГГц – нормируется плотность потока энергии.




    1. по электрической составляющей


f, МГц

0.006-3.0

3-30

30-50

50-300

E, В/м

50

20

10

5



f, МГц

0.06-1.5

30-50

Н, А/м

5

0.3
2. по магнитной составляющей

Для диапазона СВЧ допустимый Iэмп определяется по формуле

где W – допустимая энергетическая нагрузка, t – время облучения.


Для подвижной антенны W = 20 [Вт*час/м2] = 2000 [мкВт*час/см2].

Для неподвижной W = 2 Вт*час/м2 = 200 [мкВт*час/см2]
6. Методы защиты от ЭМП. Расчёт ослабления экрана.

1.Снижение в источнике.

а) применение согласованных нагрузок.

б) применение поглотителя мощности (волновод, в котором находится радиопоглощающий или радио отражающий материал)

в) применение аттенюаторов (делители).

2. Экранирование.

Экраны могут быть двух типов: отражающие (Cu, Al, сталь) и поглощающие (резина, карболит и т.д.).

Толщина отражающего слоя: ,где

L – величина ослабления

f – частота ЭМП

µα – абсолют. магнит. проницаемость материала

σ – проводимость материала экрана

ΔL = 10lg (I1/I2) [дБ], где


I1 – плотность потока энергии перед экраном.

I2 – плотность потока энергии за экраном.
3. Уменьшение времени работы.

Iдоп=W/t,
где W – допустимая энергетическая нагрузка, t – время облучения.

Защита временем:


  1. частая смена персонала.

б) уменьшение времени работы.
4. Увеличение расстояния (защита расстоянием)



5. Рациональная планировка рабочих мест.

6. Применение средств индивидуальной защиты (СИЗ).

а) СИЗ органов зрения (спец. очки).

б) СИЗ всего тела (спец. халаты, плащи).

1. Виды воздействий электрического тока на человека.

Основные причины поражения электрическим током:


  • потеря изоляционных свойств ( до 43%);

  • непосредственное прикосновение или приближение на опасное расстояние к токонесущим частям ( до 39%);

  • несогласованность действий;

  • поражение шаговым напряжением при замыкании токоведущей части на землю;

  • поражение электрической дугой.

Виды воздействий электрического тока на человека:

    1. термическое (нагрев и ожоги);

    2. электролитическое (разложение жидких компонентов и веществ);

    3. биологическое (возбуждение живых тканей, сопровождающиеся судорожным сокращением мышц; нарушение биоэлектрических процессов);

    4. динамическое (разрывы и расслоение тканей).

Последствия (подробнее см. следующий вопрос (№2))

      1. местные травмы

      2. общие электрические травмы


2. Виды электропоражений.
Виды электропоражений (виды травм):

1. Местные электротравмы:

  1. электрические ожоги;

  2. электрические знаки (возникают в месте контакта);

  3. металлизация кожи;

  4. механические повреждения;

  5. электроафтольмия (воспаление наружных оболочек глаза «сварка», облучение ультрафиолетом).


2. Общие электротравмы, тяжесть:

  1. судорожное сокращение мышц без потери сознания;

  2. судорожное сокращение мышц с потери сознания, но с сохранением дыхания и сердцебиения;

  3. потеря сознания, нарушение сердечной деятельности и дыхания;

  4. клиническая смерть.


3. Факторы, определяющие опасность поражения электрическим током



Факторы:

  1. Сила тока, I
  2. Сопротивление тела человека, Rn


  3. Род тока (постоянный/переменный)

  4. Частота тока, f

  5. Путь тока через тело

  6. Индивидуальные особенности человека

  7. Условия окружающей среды

  8. Время прохождения, t

Пороговые значения


  1. Порогово-ощутимый:
    для постоянного – 5-7 mA

для переменного на частоте 50 Гц – 0.6-1.5 mA

  1. Неотпускающий:
    для пост. – 50-70 mA

для перем. на 50 Гц – 5-25 mA

  1. Фибрилляционный:
    для пост. – 300 mA

для перем. на 50 Гц – 50-350 mA

4. Сопротивление тела человека, его величина и факторы, влияющие на величину сопротивления человека.



Сопротивление тела человека складывается из сопротивления кожного покрова (КП) и сопротивления внутренних органов (ВН).

Rкп
Rкп



Rвн


Скп

Скп

Rп

Сопротивление сухого кожного покрова R = 2 кОм - 2 МОм,

При повреждении, загрязнении, увлажнении R уменьшается до 500 Ом.

Сопротивление внутренних органов R = 100 – 300 Ом.
Принято считать R = 1 кОм.

Замечания:

  • С ростом времени прохождения тока сопротивление тела падает

  • Переменных ток опаснее постоянного (хотя при U > 300 В их опасность уравнивается). Наиболее опасна частоты f = 20-100 Гц

  • Путь тока определяет его «вредоносность»

  • Индивидуальные особенности человека

  • Условия окружающий среды: при увеличении температуры, снижается сопротивление


5. Классификация помещений по степени опасности поражения электрическим током.


1. Помещения без повышенной опасности поражения электрическим током: сухие, безпыльные помещения, нормальной температурой, с изолированными полами.

2. Помещения с повышенной опасностью поражения электрическим током: выполняется два признака из


  • t > 35 C

  •  >75 %

  • наличие токопроводящих полов

  • наличие пыли

  • возможность одновременного прикосновения человека к имеющим соединение с землёй металлическими элементами конструкции здания, технологического оборудования и корпусами электроустановок

3. Особо опасные

  • наличие химически агрессивной среды

  •  > 90 %

  • 2 и более признаков из пункта 2

6. Классификация электрических сетей и схемы трехфазных сетей

Электрические установки подразделяются на установки с напряжением до 1000 В и свыше 1 кВ.

По роду тока сети делятся на сети

  1. с постоянным током

  2. с переменным током

    1. однофазные

    2. многофазные

Наибольшее распространение получили 3х фазные сети. Они подразделяются:

  1. 3х фазная 3х проводная сеть с изолированной нейтралью


  2. 3
    A

    Данная сеть более универсальна и используется в установках с напряжением свыше 1000 В.
    х фазная 4х проводная сеть с изолированной нейтралью


N

B

C



III. 3х фазная 3х проводная сеть с заземлённой(зануленной) нейтралью


IV. 3х фазная 4х проводная сеть с заземлённой нейтралью


0

A

B

C

r0

A

B

C

r0



7. Схемы включения человека в цепь.

Возможна две схемы включения человека в цепь:


  1. о

    A

    B

    C
    днофазное



A


B

C


I

I. двухфазное включение – гораздо опаснее


8. 3-х фазная 3-х проводная сеть с изолированной нейтралью. Исправный и аварийный режимы. Основные расчетные формулы.



а) Исправный режим работы (сеть обладает высоким качеством изоляции, нет обрывов, нет замыканий).

Сопротивление изоляции фаз – сопротивление фазы относительно земли (r1, r2, r3). r1 = r2 = r3 = r

+ еще существует реактивное (емкостное) сопротивление (c1, c2, c3).

c1 = c2 = c3 = c

Человек касается изолированного тока, ток идет через человека и замыкается на соседней (?)фазе , Ih – ток, проходящий через тело человека. В этой схеме Ih зависит от высокой изоляции фаз.


В реальной сети c ≠ 0, поэтому есть емкостное сопротивление:

Данная сеть обладает наименьшей опасностью!

а) Аварийный режим работы (одна из фаз замкнута на землю).



Ток идет по контуру земли и замыкается на человеке.

rзм << r rзм << Rh

Здесь будет двухфазное включение

– намного опасней Uпр ≈ Uл

10. 3х фазная 4х проводная сеть с заземлённой нейтралью.
А) Исправный режим.




r >> r0 r1 = r2 = r3 = r

Rh >> r0 C1 = C2 = C3  0

Если человек касается оголённого провода то:

Схема включения №1 (однофазная)  Напряжение – фазное.




Uh  Uф (Схема опасна)

Б) Аварийный режим.

r0 < Rз

Rh >> Rз

Uф1 = U1

Uф2 = U1*a

Uф3 = U1*a2





  1. Предположим что r0 = 0;


-опасно.



  1. Предположим что r0  0 , а Rз = 0;




или




  • опасность высокая.

11. Явления при стекании тока в землю.
Стекание происходит через контакт находящийся в земле. Контакт может быть случайным или преднамеренным.

При контакте с землёй происходит резкое снижение потенциалов на величину:

з = Rз*Iз Rз  *x

Рассмотрим стекание в землю через полусферический проводник находящийся в однородном грунте.

Плотность тока

(1)

(x>20м)

Поле растекания тока до 20м:

(2)

(3) - уравнение растекания тока.

(Равносторонняя гипербола)




12. Методы защиты от поражения эл. током.


  1. Изоляция токоведущих частей.

  2. Оградительные устройства.

  3. Эл. разделение сети.

  4. Применение малых напряжений.

  5. Применение средств эл. защиты.

  6. Блокировка.

  7. Сигнализация и знаки безопасности.

  8. Защитное заземление.

  9. Зануление.

  10. Защитное отключение.

    1. - Рабочая изоляция

      • Дополнительная изоляция.(двойная)

      • Усиление.

    2. Оградит. устройство. Механическая преграда в виде экранов, чехлов, кожухов.

    3. Эл. разделение сетей. Для снижения ёмкостной составляющей и т.д.


W1 = W2 = W3 = W4
n =(W1/W2)=1

U1 = U2 = U3 = U4 = U


IV. Применение малых напряжений : U=42 V

V. Средства Эл. защиты.



  1. Блокировка от несанкционированного вмешательства

-Электрическая

-Механическая

  1. Сигнализация и знаки безопасности

Световая или звуковая

Знаки безопасности делятся на IV группы:

  1. Предупреждающие.

  2. Запрещающие.

  3. Предписывающие

  4. Указательные.



VIII. Защитное заземление - преднамеренное эл. соединение с землёй или её эквивалентом металлических нетоковедущих сетей, которые могут оказаться под напряжением. Устранение опасности поражения персонала при замыкании на корпусе.

Принцип действия- снижение до безопасного значения напряжений прикосновения.

13.Заземление. Назначение, принцип действия. Основные расчетные формулы Ih, Iз, Uh
Защитное заземление – преднамеренное электрическое соединение землей или ее эквивалентом металлических НЕТОКОВЕДУЩИХ сетей, которые могут оказаться под напряжением.

Назначение – устранение опасности поражения персонала при замыкание на корпус.

Принцип действия – снижение, до безопасных значений, напряжения прикосновения, путем снижения потенциала.

Область применения – 3х фазная, 3х проводная сеть с изолированной нейтралью.



Z- сопротивление изоляции фаз.

Rз= 1.. 10 Ом Z1=Z2=Z3=Z>>Rз

Iз= ; Uз=Iз*Rз=

Ih= - ток идущий через человека. (Uприкосновения =Uз)

Заземлитель:

Естественный - трубопровод -- Искусственный – выносные и контурные

Выносной заземлитель – недостатки – низкая надежность, величина сопротивления не < 6..10 Ом, человек может оказаться под растекаемым током(шаговое напряжение)

Контурный заземлитель - величина шаговых напряжений минимальная. Величина Rз не более 10 Ом при 1>1 Кв и мощности 100 КВт и не больше
4 Ом при I=100 КВт



  1. 3ануление. Назначение, принцип действия. Основные расчетные формулы. Выбор тока срабатывания (ток уставки) защитных элементов.

3ануление – преднамеренное электрическое соединение с нулевым защитным проводником металлических не токоведущих частей, которые могут оказаться под напряжением.


Принцип действия зануления – превращение замыкания на корпус в однофазное короткое замыкание, в результате чего срабатывает защитный элемент (предохранитель и т. д.).



Iз – ток замыкания.

Iуст – ток срабатывания (ток установки) защитных элементов.

1

2

Iн – номинальный ток.





Uф – фазовое напряжение.

Если r0 = 4 Ом, Rзм = 4 Ом, Uф = 220 В, то Iз = 27,5 А


  1. Защитное отключение.




Защитное отключениебыстродействующая защита, автоматически отключающая установки при возникновении опасности электрического поражения. Применяется когда все вышеперечисленные средства защиты либо трудноосуществимы, либо недостаточно эффективны, либо при предъявлении повышенных требований к электробезопасности. Принцип действия УЗО основан на ограничения времени прохождения тока t < 0,2 с.

УЗО состоят из датчика и управляемого размыкателя.

В зависимости от сигнала, на который срабатывает датчик, УЗО подразделяются на:

  • реагирующие на напряжение на корпусе;

  • реагирующие на токи замыкания на землю;

  • реагирующие на токи и напряжения нулевой последовательности.


Uсраб <= Uдоп



I = I1 + I2 + I3 = 0

При прикосновении расбаланс схемы: I = I1 + I2 + I3 ≠ 0

16. Принципы нормирования допустимых напряжений и токов.



ГОСТ 12.1.038-82*

От частоты тока, длительности воздействия, режима работы тока, рода тока.

Допустимые значения для аварийного режима

- при t > 1c для частоты f=50 Гц → Uдоп=36(V), Iдоп=36(mA)

- для постоянного тока Uдоп=40(V), Iдоп=15(mA)
Для нормального режима:


  1. по переменному току

Uдоп=2(V), Iдоп=0.3(mA)

  1. по постоянному току

Uдоп=8(V), Iдоп=1(mA)
Для бытовых электроустановок:

Uдоп=12(V), Iдоп=2(mA)
Человек под напряжением:

  • попытаться отключит установку

  • освободить пострадавшего от электрической установки одной рукой