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.