Громадянська оборона стійкість лабораторії до впливу Електромагнітного Імпульсу (ЕМІ)
4 цивільна оборона
Необхідно оцінити стійкість лабораторії фізики твердого тіла до впливу електромагнітного імпульсу (ЕМІ) ядерного вибуху та запропонувати заходи щодо підвищення стійкості.
4.1 Основні положення
Одним із основних завдань ДО є проведення заходів, спрямованих на підвищення стійкості роботи об'єктів в умовах надзвичайних ситуацій (НС) мирного та воєнного часу.
Під стійкістю роботи промислового об'єкта розуміють здатність його в умовах НС випускати продукцію в запланованих обсягах та номенклатурі, а при отриманні слабких та середніх руйнувань або порушенні зв'язків по кооперації та поставках відновлювати виробництво у мінімальні терміни.
Під стійкістю роботи об'єктів, які безпосередньо не виробляють матеріальні цінності, розуміють здатність їх виконувати свої функції в умовах НС.
На стійкість роботи об'єктів народного господарства у НС впливають такі фактори [15]:
надійність захисту робітників та службовців від впливу надзвичайних подій;
здатність інженерно-технічного комплексу об'єкта протистояти певною мірою ударній хвилі, світловому випромінюванню та радіації;
захищеність об'єкта від вторинних факторів, що вражають (пожеж, вибухів, затоплень, заражень сильнодіючими отруйними речовинами);
надійність системи постачання об'єкта всім необхідним для виробництва продукції (сировиною, паливом, електроенергією, водою тощо);
стійкість та безперервність управління виробництвом та ГО;
підготовленість об'єкта до ведення рятувальних та інших невідкладних робіт та робіт з відновлення порушеноговиробництва.
Дослідження стійкості роботи об'єкта народного господарства полягає у всебічному вивченні умов, які можуть скластися у НС, та у визначенні їх впливу на виробничу діяльність.
Мета дослідження полягає в тому, щоб виявити вразливі місця у роботі об'єкта в НС та виробити найбільш ефективні рекомендації, спрямовані на підвищення його стійкості. Надалі ці рекомендації включаються до плану заходів щодо підвищення стійкості роботи об'єкта, який і реалізується.
Дослідження стійкості підприємств проводиться силами інженерно-технічного персоналу із залученням фахівців науково-дослідних та проектних організацій, пов'язаних із цим підприємством. Весь процес планування та проведення дослідження можна розділити на три етапи [15]:
На першому етапі розробляються керівні документи, визначається склад учасників дослідження та організується їхня підготовка.
Оцінка стійкості роботи об'єкта за умов НС.
З другого краю етапі проводиться безпосередньо дослідження стійкості роботи об'єкта в НС.
Розробка заходів, що підвищують стійкість роботи об'єкта.
На етапі підбиваються підсумки проведених досліджень. Групи фахівців за результатами досліджень готують доповіді, в яких викладаються висновки та пропозиції щодо захисту робітників та службовців та підвищення стійкості оцінюваних елементів виробництва.
На кожному підприємстві, виходячи з його призначення, розміщення та специфіки виробництва, заходи щодо підвищення стійкості можуть бути різними.
На освіту ЕМІ витрачається невелика частина ядерної енергії, проте, він здатний викликати потужні імпульси струмів і напруг у проводах та кабелях повітряних та підземних лінійзв'язку, сигналізації, керування, електропередачі, в антенах радіостанцій тощо.
Вплив ЕМІ може призвести до згоряння чутливих електронних та електричних елементів, пов'язаних з великими антенами або відкритими проводами, а також серйозних порушень у цифрових та контрольних пристроях, зазвичай без незворотних змін.
Особливістю ЕМІ як вражаючого фактора є його здатність поширюватися на десятки та сотні кілометрів у навколишньому середовищі та з різних комунікацій. Тому ЕМІ може вплинути там, де ударна хвиля, світлове випромінювання і проникаюча радіація втрачають своє значення як вражаючі чинники.
При наземних та низьких повітряних вибухах у зоні, радіусом за кілька кілометрів від місця вибуху, в лініях зв'язку та електропостачання виникають напруги, які можуть спричинити пробій ізоляції проводів та кабелів щодо землі, а також пробій ізоляції елементів апаратури та пристроїв, підключених до повітряних та підземних. лініям.
Ступінь пошкодження залежить в основному від амплітуди наведеного імпульсу напруги або струму та електричної міцності обладнання.
Головне завдання захисних пристроїв від ЕМІ - виключити доступ наведених струмів до чутливих вузлів і елементів обладнання, що захищається. Проблема захисту від ЕМІ ускладнюється тим, що імпульс протікає приблизно в 50 разів швидше, ніж, наприклад, блискавковий розряд, і тому прості газові розрядники в даному випадку малоефективні.
У кожному конкретному випадку мають бути знайдені найбільш ефективні та економічно доцільні методи захисту електронної апаратури та великих розгалужених електротехнічних систем. Розглянемо основні методи захисту [15]:
Екрани та захисні пристрої.
Металеві екрани відображаютьелектромагнітні хвилі та гасять високочастотну енергію. Через систему заземлення струм, наведений ЕМІ, стікає в землю, не завдаючи шкоди електронній апаратурі, що знаходиться усередині металевих шаф або коробів.
Сполучні кабелі для захисту прокладають у земляних траншеях під цементною або бетонованою підлогою будівель або укладають у сталеві короби, які заземлюють. Можна розміщувати кабелі і на поверхні поля, закривши їх заземленими швелерами.
Надійність підвищується, якщо кабель розгалужується і підводиться до кількох шаф з роздільними трансформаторами. У цьому випадку ізольовані ділянки мережі володіють великим опором ізоляції та малою ємністю проводів щодо землі. Також доцільно застосовувати фільтри від високочастотних перешкод.
Захисні розрядники та плавкі запобіжники.
Основні функції захисного розрядника - розімкнути лінію або відвести енергію для запобігання пошкодженню в обладнанні, що захищається. Встановлюється на входи та виходи апаратури.
Для захисту апаратури можуть бути рекомендовані плавкі запобіжники та захисні вхідні пристрої, які є різними релейними або електронними пристроями, що реагують на перевищення струму або напруги в ланцюгу.
Забезпечують стікання великого розряду в землю без пошкодження ізоляційних елементів ліній.
Використання симетричних двопровідних ліній.
Захист периферійних пристроїв.
Зазначені способи та засоби захисту повинні впроваджуватись у всі види електротехнічної та радіоелектронної апаратури з урахуванням характеру вражаючої дії електромагнітних випромінювань ядерного вибуху для забезпечення надійності роботи підприємств в умовах НС мирного та воєнного часу.
4.2 Вихідні дані
Оцінити стійкість роботи лабораторії фізики твердого тіла до впливу ЕМІ ядерного вибуху за вихідними даними, занесеними до таблиці 4.1.
Об'єкт розташовується на відстані R = 5 км від можливого ядерного вибуху. Очікувана потужність ядерного боєприпасу q = 1000 кт, вибух наземний. Елементи системи, схильні до впливу ЕМІ:
1. Живлення електродвигунів: напруги 380 В і 6000 В по підземних кабелях неекранованих l1 = 75 м. Кабелі мають вертикальне відхилення до електродвигунів висотою l1 = 1,5 м. Допустимі коливання напруги мережі ± 5%, коефіцієнт екранування кабелю h = 2.
2. Система автоматичного управління енергоблока складається з пристрою введення, ЕОМ, блоку управління виконавчими органами, мережі, що розводить, управління додатковими агрегатами. Пристрій введення, ЕОМ, блок управління виконані на мікросхемах, що мають струмопровідні елементи висотою l3 = 0,05 м. Робоча напруга мікросхем 5 Ст. Живлення від загальної мережі напруги 220 через трансформатор. Допустимі коливання напруги мережі ± 5%. Розвідна мережа управління має горизонтальну лінію l2 = 50 м і вертикальні відгалуження висотою l2 = 2 м до блоків управління. Робоча напруга живлення 220В. Допустимі коливання напруги мережі ± 5%, коефіцієнт екранування розвідної мережі h = 2.
Таблиця 4.1 - Вихідні дані щодо оцінки впливу ЕМІ на стійкість об'єкта