Материал: ЛР_ПЭ_БЖД

з) для положений “В”, “С” переключателя S15 повторить измерения токов в цепи тела человека I_hВ, I_hС;

и) подсчитать значение тока в цепи тела человека по выражению (1) и сравнить расчетные данные с экспериментальными;

к) выключить стенд.

1.4. Трехфазная четырехпроводная сеть с заземленной нейтралью при аварийном режиме работы сети (один из фазных проводов замкнут на землю):

а) в дополнение к вышеописанным действиям перевести переключатель S12 в любое из трех положений - “А”, “В”, “С”. Переключателем S14 установить значение R_зм в соответствии с указанием преподавателя;

б) включить стенд;

в) произвести измерения токов в цепи тела человека I_hА, I_hВ, I_hС в соответствии с положениями переключателя S15 “А”, “В”, “С”.

г) Подсчитать значение тока в цепи тела человека по выражению (1), заменив в нем напряжение U_ф на U_ч, подсчитанное по выражению (2) с привлечением выражения (3), и сравнить расчетные данные с экспериментальными;

д) выключить стенд.

2. Определить изменение величины тока, проходящего в цепи тела человека, при прямом прикосновении к фазному проводу сети в зависимости от активного сопротивления изоляции фазных проводов относительно земли при заданной емкости фазных проводов относительно земли для двух типов сетей при нормальном режиме работы (I_h = f(R)).

2.1. Трехфазная трехпроводная сеть:

а) изолировать нейтраль - перевести переключатель S1 в левое положение; отключить PEN-провод, переведя переключатель S3 в нижнее положение; перевести переключатель S12 в положение “0”;

б) установить переключатель S15 в одно из положений (“А”, “В”, “С”) по указанию преподавателя;

в) переключателем S13 в соответствии с заданием преподавателя установить значение сопротивления тела человека R_h, при этом ручка регулятора резистора R_h должна находиться в положении “0”;

г) установить значения емкостей (переключатели S5, S7, S9) фазных проводов относительно земли одинаковыми в соответствии с заданием преподавателя;

д) включить стенд, переведя переключатель S2 в положение “1”;

е) произвести измерения тока I_h в цепи тела человека с помощью амперметра при касании им одной из фаз (по указанию преподавателя), устанавливая поочередно одинаковые значения активных сопротивлений фазных проводов относительно земли (переключатели S4, S6, S8) и равные 1; 2.5; 10; 25; 100 кОм;

ж) выключить стенд;

з) построить график искомой функциональной зависимости.

2.2. Трехфазная четырехпроводная сеть:

а) заземлить нейтраль, переведя переключатель S1 правое положение;

б) подключить PEN-провод, переведя переключатель S3 в верхнее положение; переключатель S12 перевести в положение “0”;

в) переключателем S11 установить значение емкости PEN-провода, равное значению фазных проводов;

г) повторить пп. б) - г) п. 2.1;

д) включить стенд;

е) произвести измерения тока I_h в цепи тела человека с помощью амперметра при касании им одной из фаз (по указанию преподавателя), устанавливая поочередно одинаковые значения активных сопротивлений фазных проводов и PEN-провода относительно земли (переключатели S4, S6, S8, S10) и равные 1; 2.5; 10; 25; 100 кОм;

ж) выключить стенд;

з) построить график искомой функциональной зависимости.

3. Определить изменение величины тока, проходящего в цепи тела человека, при прямом прикосновении к фазному проводу сети в зависимости от емкости фазных проводов относительно земли при заданном активном сопротивлении изоляции фазных проводов относительно земли для двух типов сетей при нормальном режиме работы (I_h = f(С)).

3.1. Трехфазная трехпроводная сеть:

а) повторить позиции пп. а) - в) п. 2.1;

б) установить значения активного сопротивления изоляции (переключатели S4, S6, S8) фазных проводов относительно земли одинаковыми в соответствии с заданием преподавателя;

в) включить стенд;

г) произвести измерения тока I_h в цепи тела человека с помощью амперметра при касании им одной из фаз (по указанию преподавателя), устанавливая поочередно одинаковые значения емкости фазных проводов относительно земли (переключатели S5, S7, S9) и равные 0; 0,02; 0,1; 0,25; 0,5; 1,0; 2,5 мкФ.

д) выключить стенд;

е) построить график искомой функциональной зависимости;

ж) для любого значения емкости фазного провода по выражениям (6) (активное сопротивление изоляции фазных проводов равно бесконечности) и (7) (активное сопротивление изоляции фазных проводов равно одному из значений из диапазона стенда) подсчитать величину тока в цепи тела человека.

3.2. Трехфазная четырехпроводная сеть:

а) повторить позиции пп. а) - б) п. 2.2;

б) установить значения активного сопротивления изоляции (переключатели S4, S6, S8) фазных проводов и PEN-провода (переключатель S10) относительно земли одинаковыми в соответствии с заданием преподавателя;

в) включить стенд;

г) произвести измерения тока I_h в цепи тела человека с помощью амперметра при касании им одной из фаз (по указанию преподавателя), устанавливая поочередно одинаковые значения емкости фазных проводов и PEN-провода относительно земли (переключатели S5, S7, S9, S11) и равные 0; 0,02; 0,1; 0,25; 0,5; 1,0; 2,5 мкФ.

д) выключить стенд;

е) построить график искомой функциональной зависимости.

Требования к отчету

1. название и цель работы;

2. краткие сведения из теоретической части;

3. экспериментальные и расчетные данные, представленные в виде таблиц;

4. графические зависимости I_h = f(R) и I_h = f(R).

Контрольные вопросы

1. Какие электрические цепи называются трехпроводными?

2. Какие электрические цепи называются четырехпроводными?

3. Какие существуют режимы нейтрали?

4. Под каким напряжением оказывается человек при однофазном включении в сети с заземленной нейтралью?

5. Под каким напряжением оказывается человек при однофазном включении в сети с изолированной нейтралью?

6. Как влияет протяженность трехфазных сетей на опасность поражения человека электрическим током?

7. Какие факторы учитываются при выборе режима нейтрали?

8. Что может служить причиной различного напряжения фазных проводов лабораторного стенда?

9. В каком случае опасность поражения человека электрическим током при прямом прикосновении к фазному проводу трехфазной трехпроводной сети с изолированной нейтралью является более высокой: при нормальном или аварийном режиме работы?

10. В каком случае опасность поражения человека электрическим током при прямом прикосновении к фазному проводу трехфазной четырехпроводной сети с заземленной нейтралью является более высокой: при нормальном или аварийном режиме работы?

Литература

1. Безопасность жизнедеятельности. Учебник для вузов / С.В. Белов, А.В. Ильницкая, А.Ф. Козьяков и др. Под ред. С.В. Белова. - М.: Высшая школа, 1999. - 448 с.

2. Правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок. - М.: Энергия, 1991.

Лабораторная работа № 9 Исследование средств защиты от свч излучения

Цель работы: определение параметров электромагнитного излучения на рабочем месте и разработка мероприятий по защите от его воздействия.

Продолжительность работы - 2 часа.

Оборудование и приборы

1. Бытовая микроволновая СВЧ-печь “Плутон”.

2. Анализатор электромагнитного поля АЭМП-01.

3. Защитные экраны.

4. Лабораторный стол с координатной сеткой.

Теоретические сведения

Основу электромагнитного поля (ЭМП) составляет заряд. Соответственно ЭМП различной мощности возникает как при как естественных процессах, так и искусственных. К естественным процессам можно отнести грозовые разряды, северное сияние и др., к искусственным - работу любых электрических приборов.

Важно отметить, что между различными частями тела человека, а также между телом и атмосферой телом и землей постоянно имеется разность потенциалов. Например, положительно заряжены поверхностные ткани человека (кожа) относительно более глубоких; атмосфера относительно Земли. Постоянный энергетический, а следовательно, и информационный обмена человека с внешней средой требует наличия в организме системы поддержания динамического энергоинформационного гомеостаза. Только в живых системах присутствует разность потенциалов на мембранах клеток. Незначительное изменение потенциала сопровождается четко выраженными физиологическими изменениями: нервным импульсом; транспортом ионов через мембрану, сокращением мышечной клетки и др. Длительное нарушение целостности мембраны обязательно ведет к патологии, а выравнивание потенциала - к смерти клетки. Естественно, что организм человека чувствителен к самым различным типам полей. Например, микроволны с плотностью потока выше 1 Вт/см² вызывают четко выраженное изменение биоэлектрической активности мозга.

Для радиодиапазона (10³ - 10¹¹ Гц) наиболее актуальными являются техногенные электромагнитные излучения (ЭМИ). При этом уровни интенсивностей излучения с каждым годом возрастают по сравнению с естественным фоном нашей планеты. Опубликованные данные свидетельствуют о том, что электромагнитное поле является мощным физическим раздражителем, который может вызвать функциональные и органические нарушения всех систем человека. В связи с этим необходимо вести постоянный контроль за уровнем интенсивности полей от источников излучения, а также владеть методами математического расчета напряженности электромагнитного поля. Это имеет большое значение при выборе оптимальных гигиенических условий для размещения излучающих в радиодиапазоне приборов вблизи населенных мест, организации санитарно-защитных зон для охраны населения от вредного воздействия полей. Биологические оценки принято проводить по электрической составляющей ЭМИ.

Переходя к СВЧ диапазону радиоизлучений, следует отметить, что из биоэффектов наиболее хорошо известен тепловой эффект микроволн, связанный с повышением температуры облучаемой ткани. Наряду с этим неконтролируемое воздействие высокой и низкой интенсивностей радиоволнового излучения на организм человека может привести к возникновению различных заболеваний. Например, наиболее биологически активное в радиодиапазоне СВЧ излучение (10^–1 - 10^–2 м, или 3·10⁹ - 3·10¹⁰ Гц) вызывает повреждение тканей глаза. Степень повреждения зависит от интенсивности излучения и длительности воздействия.

В общем случае реакция организма на ЭМИ радиодиапазона идет до некоторого порогового значения плотности потока мощности, начиная с которого и до значений, вызывающих заметный нагрев тканей (превышающий 0,1°), биологический эффект не меняется. Традиционно многие исследователи объясняли биологическое действие микроволн только наличием тепловых эффектов, которые возникают при интенсивности более 10 мВт/см². Однако в последнее время обнаружено отчетливое действие на организм СВЧ излучений меньшей интенсивности, когда температура повышается несущественно. При этом важным является обнаружение частотных и энергетических окон при воздействии низкоинтенсивных модулированных электромагнитных полей на головной мозг.

Правильно обоснованный предельно допустимый уровень (ПДУ) позволяет не только сохранить здоровье, но и обеспечить достаточную работоспособность, избежать ненужных психологических травм. Особое значение имеет безопасность жизнедеятельности профессионалов, работающих с СВЧ излучением. В этой связи в России предусмотрены следующие, обоснованные с точки зрения медицины, ПДУ непрерывного СВЧ облучения:

· до 8 часов в сутки 10 мкВт/см²;

· до 2 часов в сутки 100 мкВт/см²;

· до 20 минут в сутки 1000 мкВт/см².

В случае непрерывного СВЧ облучения от вращающихся и сканирующих антенн ПДУ составляет 100 мкВт/см² при действии в течение 8 часов в сутки и 1000 мкВт/см² при действии до 2 часов в сутки.

Для остального населения ПДУ регламентируются Санитарными правилами и нормами (табл.1).

Таблица 1

Пду воздействия эми радиочастотного диапазона на человека

Основные параметры ЭМИ - это частота, напряженность магнитного поля, напряженность электрического поля. Существуют различные методики оценки напряженности ЭМИ. Напряженность магнитного поля Н - силовая характеристика магнитного поля, не зависящая от магнитных свойств среды. В вакууме H совпадает с магнитной индукцией. В среде Н определяет вклад в магнитную индукцию, который вносят внешние источники поля. Напряженность электрического поля Е - силовая характеристика электрического поля, равная отношению силы, действующей на точечный электрический заряд в данной точке пространства, к величине заряда. Приводимые в литературе формулы, как правило, пригодны для расчета напряженности поля Е на больших расстояниях. Такова, например, формула Введенского:

где Р - мощность сигнала, излучаемого антенной, Вт; K - коэффициент усиления антенны; d - расстояние от антенны до рассматриваемой точки пространства, м; λ - длина волны, м; h₁ - высота подъема передающей антенны от поверхности земли, м; h₂ - высота, на которой определяют напряженность поля, м.

Эта формула справедлива в весьма узких пределах расстояний и длин радиоволн при выполнении условия h_1·h₂ ≤ dλ /18.

Расчет напряженности поля в зоне излучения может производиться для электрической составляющей ЭМП Е и по формуле Шулейкина - Ван-дер-Поля:

E = 7,750×(P·G_a)^1/2·F/d.

Здесь Е - напряженность электрического поля ЭМП, В/м; Р - мощность передатчика, Вт; G_a - коэффициент усиления антенны; d - расстояние от антенны до точки измерения, м; F - множитель ослабления для определения потерь электромагнитной энергии в почве, который зависит от параметров почвы, расстояния от точки измерения до антенны и длины волны.

СВЧ излучение, в отличие от низкочастотного радиодиапазона, распространяется в пределах прямой видимости. На его распространение заметное влияние оказывает тропосфера, состоящая из смеси газов и паров воды. В дециметровом диапазоне волны поглощаются в тропосфере слабо, а в сантиметровом и миллиметровом диапазонах наблюдаются значительные потери СВЧ энергии вследствие резонансного поглощения в парах воды на длинах волн 1,35, 1,5 и 0,75 см, а в кислороде на 0,5 и 0,25 см.