Темплан 2006 р., поз Редактор Коректор захист від магнітних полів промислової частоти мета роботи

Вид материала

Документы

Содержание Нтуу “кпі” Захист від магнітних полів промислової частоти Джерела і причини виникнення магнітних полів промислової частоті Біологічна дія магнітних полів промислової частоти. Вплив електричного поля промислової частоти на людину Нормування магнітних полів Вимірювання напруженості магнітного поля Теоретичний розрахунок магнітного поля Захист від магнітних полів Завдання №1 T (тривалість зміни), ч R1 (радіус экрану), м Список використаної та рекомендованої літератури

Подобный материал:

• Цейслєр Юлія Вадимівна. Вплив магнітних полів наднизької частоти на структурно-функціональні, 112.26kb.
• Вимірювання параметрів магнітних полів різних форм в робочій зоні магнітотерапевтичних, 27.32kb.
• 1. Електрозварювальні, газополум'яні, наплавочні І паяльні роботи. Контроль за зварювальними, 104.03kb.
• І. М. Ковтун Темплан 2005 р Редактор Т. В. Омельчук поз., 151.38kb.
• Вплив магнітних ПоЛів на живі організми”, 40.38kb.
• Тема уроку: Постійні магніти. Магнітне поле Землі. Взаємодія магнітів. Мета уроку, 115.19kb.
• Інститут тваринництва степових районів ім., 34.2kb.
• Плата за землю / орендна плата, грн, 33.66kb.
• Міністерство промислової політики україни державний інститут підготовки кадрів, 607kb.
• Відомості Верховної Ради (ввр), 2003, n 18, n 19-20, n 21-22, ст. 144 ) ( Із змінами,, 1350.5kb.

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ

“КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ”

ОХОРОНА ПРАЦІ

ЗАХИСТ ВІД МАГНІТНИХ ПОЛІВ ПРОМИСЛОВОЇ ЧАСТОТИ

Методичний посібник для практичного заняття

Затверджено Методичною радою НТУУ “КПІ”

Київ

“ПОЛІТЕХНІКА”

2007


Охорона праці: захист від магнітних полів промислової частоти. Методичний посібник для практичного заняття / Уклад.: О. Г. Левченко, О. І. Полукаров, О. Ю. Арламов. К.: ІВЦ “ПОЛІТЕХНІКА”, 2007. - с.


Гриф надано Методичною радою

НТУУ “КПІ”

( протокол № )


Навчальне видання

ОХОРОНА ПРАЦІ В ГАЛУЗІ

Захист від магнітних полів промислової частоти. Методичний посібник для практичного заняття.


Укладачі: Левченко Олег Григорович доктор техн. наук

Полукаров Олексій Ігорович, канд.техн.наук., доц.

Арламов Олександр Юрійович, старший викладач


Відповідальний

редактор І. О. Фоменко, канд.техн.наук., доц.


Рецензент: І. М. Ковтун, канд.техн.наук., доц.


Темплан 2006 р., поз. . Редактор

Коректор


ЗАХИСТ ВІД МАГНІТНИХ ПОЛІВ ПРОМИСЛОВОЇ ЧАСТОТИ

Мета роботи - ознайомитись з основними параметрами, що характеризують електромагнітні випромінювання промислової частоти, їх нормуванням та методиками визначення, набути практичних навичок у користуванні нормативними документами, ознайомитись з приладами контролю і засобами захисту.

Джерела і причини виникнення магнітних полів промислової частоті

У відповідності до класифікації електромагнітних випромінювань, промисловим вважається діапазон частот 3...300 Гц, якому відповідає діапазон довжин хвиль 104... 102 км.

Джерелами електромагнітних випромінювань промислової частоти, навколо яких формуються відповідні поля, є будь-які електроустановки і струмопроводи промислової частоти. Оскільки джерела живлення і споживачі електричної енергії промислової частоти, як правило, використовують низькі напруги (у межах до 600 В), електрична складова поля має невеликі значення і не чинить суттєвого впливу на людей. При цьому в електричних ланцюгах, струмопроводах і деяких елементах електрообладнання, що використовується, можуть виникати великі значення струму. Наприклад, у вторинних ланцюгах машин для контактного зварювання оплавленням, тертям або тиском, струм може перевищувати 100 кА. Таким чином, навколо електрообладнання промислової частоти, при наймі, деяких його елементів, можуть виникати досить потужні магнітні поля, які здатні суттєво впливати на робітників і персонал, що їх використовує або обслуговує. Звідси й випливає необхідність об’єктивного контролю за рівнем магнітної складової поля промислової частоти і, якщо потрібно, забезпечення надійного захисту персоналу від його впливу.

Біологічна дія магнітних полів промислової частоти.

Вплив електричного поля промислової частоти на людину

При перебуванні в електричному полі промислової частоти (ЕППЧ) людина попадає під безпосередній та побічний вплив поля. Безпосередній вплив ЕППЧ поділяється на прямий та рефлекторний. Безпосередній вплив поля обумовлює порушення функціонального стану центральної нервової і серцево-судинної систем, а також периферичної крові. Результат цього - підвищена стомлюваність, пониження точності робочих рухів, зміна артеріального тиску і пульсу, виникнення болів в області серця, серцебиття, аритмія і т.д.

Передбачається, що порушення регуляції фізіологічних функцій організму людини обумовлене впливом ЕППЧ на різні відділи нервової системи, і що підвищення збудливості центральної нервової системи виникає за рахунок рефлекторної дії поля, на гальмівний ефект - за рахунок прямої дії на головний та спинний мозок. Передбачається також, що основним чинником, що викликає функціональні зміни в організмі, є індукований в тілі людини струм, а безпосередньо ЕППЧ впливає в значно меншій мірі. Цей струм, обумовлений ємкісними «зв'язками» тіла з токоведучими частинами і землею, пропорційний кількості поглиненої тілом енергії поля і залежить від напруженості поля в зоні перебування людини, а також від положення людини щодо токоведучих частин і поверхні землі.

Крім цього, ЕППЧ обумовлює наведення потенціалів на металевих предметах та людях, ізольованих від землі. Різниця потенціалів між предметом і землею може досягати декількох кіловольт (наприклад, в електроустановках напругою 500 кВ ця різниця потенціалів досягає 12-15 кВ).

Дотик або наближення людини, ізольованої від землі, до заземленого металевого предмету, а також людини, що має добрий контакт із землею, до ізольованого від землі металевого предмету викликає іскровий розряд і протікання струму через людину. Струм розряду дратує нервові закінчення шкіри і викликає рефлекторну дію, що обумовлює судорожне скорочення м'язів рук. При різниці потенціалів близько 15 кВ через людину короткочасно (0,05-0,5 мкс) можуть протікати струми розряду з силою в декілька десятків ампер, що приводять до короткочасних шокових станів. Такі розряди особливо небезпечні при виконанні роботи на висоті.

Критерієм нешкідливості біологічного впливу ЕППЧ в даний час прийнята напруженість електричного поля в 5 кВ/м.

Дія магнітного поля промислової частоти впливає не тільки на центральну нервову систему, але і на серцево-судинну, яка реагує навіть на незначну інтенсивність магнітного поля, що приводить до зниження частоти серцевих скорочень (брахикардія), тиску, систоли, підвищеного тонусу судин і морфологічних змін, збільшення швидкості кровотоку і розширення артерій, гістологічних змін в печінці, легенях, нирках і підшлунковій залозі, які виражаються у вигляді дистрофії, мікробіоза і некрозу. При цьому найбільш виражені зміни відбуваються у чоловічих статевих залозах. Має місце розлад геодинаміки в більшості внутрішніх органів, що свідчать про загибель ферментних елементів крові; дія магнітного поля промислової та іншої частоти на організм значно активніша, ніж дія постійного магнітного поля.

Нормування магнітних полів

Нормування магнітних полів здійснюється у відповідності до. Державнихі санітарнихі норм і правил при роботі з джерелами електромагнітних полів ДСН 3.3.6.096-2002, яки встановлюють вимоги до умов праці працівників, що займаються виготовленням, експлуатацією, обслуговуванням та ремонтом обладнання, при роботі якого виникають постійні магнітні поля (далі-ЕМП) та електромагнітні випромінювання (далі - ЕМВ) у діапазоні частот від 50,0Гц до 300,0ГГц. Згідно з ДСН ЕМП на частоті 50 Гц нормуються за магнітною (Н) та електричною (Е) складовими ЕМП. Одиницею напруженості магнітного поля є ампер на метр (А/м), електричного поля - вольт на метр (В/м).

Гранично-допустимі рівні (ГДР) електричних полів частотою 50 Гц визначаються залежно від часу дії цього фактора на організм людини за робочу зміну. Перебування в електричному полі напруженістю до 5 кВ/м включно допускається протягом 8 годин робочого дня.У звязку з тім, що напруга, яка використовується в електрозварювальних установках,не перевищує 660 В, рівень електричного поля на робочих місцях зварників не перевищує граничнодопустимих значень і тому не контролюється.

Рівні напруженості магнітного поля частотою 50 Гц при постійному впливі не повинні перевищувати 1,4 кА/м протягом робочого дня (8 год).

Час перебування людини в магнітному полі напруженістю понад 1,4кА/м регламентується табл.1.

Таблиця 1

Час перебування персоналу, год	1	2	3	4	5	6	7	8
Напруженість магнітного поля, А/м	6,0	4,9	4,0	3,2	2,5	2,0	1,6	1,4
Магнітна індукція, мТл	7,5	6,13	5,0	4,0	3,13	2,5	2,0	1,75

ГДР для змінного магнітного поля частотою 50 Гц при локальному впливі на кисті рук визначається за формулою:

(1)

де Н_гдлок – ГДР змінного магнітного поля частотою 50 Гц при локальному впливі (кисті рук), А/м;

Н_ГДЗАГ – ГДР змінного магнітного поля частотою 50 Гц при загальному впливі (табл.1), А/м.

У зв’язку з тім, що надзвичайно високі значення зварювального струму, особливо при деяких видах контактного зварювання, здатні створювати потужні ЕМП, саме вони і потребують контролю на відповідність ГДР.

Питання про допустиму напруженість магнітних полів дуже низьких частот, (крім 50 Гц), ще не вирішене. Для встановлення кореляційної залежності між гранично допустимою напруженістю магнітного поля і частотою були використані матеріали досліджень по біологічній дії постійних магнітних полів, магнітних полів промислової частоти, а також полів 1-30 кГц, 1 МГц і 30-50 МГц.

Для імпульсних магнітних полів в діапазоні частот 1-30 кГц рекомендується гранично допустима напруженість 100 А/м, а в діапазоні частот від 60 кГц до 1,5 МГц та від 30 до 60 МГц встановлено 5 і 0,3 А/м відповідно.

З урахуванням існуючих нормативних даних і рекомендованої порогової напруженості для постійного поля кореляційна залежність між гранично допустимою напруженістю магнітного поля і частотою має вигляд:

(2)

де f - частота поля, Гц.

Дана залежність справедлива в діапазоні частот 0,5-50 МГц. Середнє значення допустимої напруженості магнітного поля для певного діапазону частот визначається по формулі:

(3)

де f_н f_в - відповідно нижня та верхня частоти діапазону поля, Гц.

Залежність орієнтовної допустимої напруженості магнітного поля промислової частоти від тривалості опромінювання має вигляд, кА/м

(4)

де t_опр - тривалість опромінювання, хв.

З цього виразу можна визначити допустимий час опромінювання залежно від напруженості магнітного поля, хв:

(5)

Тривалість опромінювання за зміну визначатиметься тривалістю включення (ТВ) установки та часом роботи за зміну (Т = Вч), год:

(6)

Знаючи ТB і Т, можна визначити допустиму напруженість магнітного поля за час t_опр:

(7)

При цьому відношення 100 t_опр/Т ≤ ТВ.

Вимірювання напруженості магнітного поля

Вимірювання напруженості магнітного поля, що індукується зварювальними установками, проводяться в зоні знаходження оператора як в горизонтальній, так і вертикальній площинах. У горизонтальній площині виміри проводять в зоні знаходження зварника або окремих частин його тіла (наприклад,рук або ніг) через кожні 10-20 см. У вертикальній - вибирають такі точки, в яких необхідно провести виміри: на рівні підлоги (настилу) на висоті 0,5, 1,0, 1,5 і 2 м від підлоги (настилу) і обов'язково на рівні електродів, струмопровідних елементів і зварюваних виробів.

Для визначення джерел і діаграми спрямованості випромінювання проводяться виміри на відстані 0,5...1,5 м від установок. Датчик магнітного поля переміщають в азимутній і меридіональній площинах через 10-15° щодо перпендикуляра, настроєного до струмопровідних систем. Потім за даними вимірювань будується діаграма спрямованості випромінюючих елементів і систем. Просторово-енергетична характеристика-діаграма спрямованості випромінювання дає можливість оцінити ступінь впливу ЕЧП на персонал і обгрунтувати як місце розташування пульта управління, так і комплекс захисних заходів при експлуатації електрозварювальних установок (ЕЗУ).

Прилади, які призначені для вимірювання напруженості магнітного поля промислової частоти, найменше всього засновані. В існуючих приладах цієї групи (ВЕМП-2), як правило, застосовані великі за розмірами рамкові антени, які обмежують можливість вимірювання поблизу токоведучих елементів, спостерігається їх висока інерційність, і діапазон вимірюваних величин не відповідає дійсним рівням магнітного поля. Все це істотно обмежує застосування вимірників поля типу ВЕМП-2.

Для вимірювання напруженості магнітного поля служить вимірник напруженості магнітних полів в діапазоні 50-5000 Гц в повітряних зазорах або середовищах на відстані I см і більше в трьох взаємоперпендикулярних напрямах. Вимірювач складається з трьох незалежних каналів. Кожен канал включає датчики Холу, підсилювач, вихідний емітерний повторювач, випрямляч і стрілочний індикатор. Передбачений вихід підсилювача на спеціальні клеми для підключення електронного осцилографа з метою спостереження за формою кривої зміни напруженості магнітного поля.

Теоретичний розрахунок магнітного поля

При експлуатації зварювальних установок індукуються магнітні поля, напруженість яких в ближній зоні Y, (А/м) можна визначити за формулою:

(8)

де І - діюче значення струму, що протікає в електродах або через оброблюваний виріб, А;

L - сумарна довжина електродів або виробів, по яких протікає струм, м;

r - відстань від електродів до даної крапки, м;

θ- кут між електродами і лінією, що проходить через середину електродів і дану точку.

Напруженість магнітного поля при стиковій зварці виробів замкнутої форми вище із-за ефекту шунтування і визначається з виразу, А/м :

(9)

де I_ш - струм шунтування, А;

I_зв - зварювальний струм, А;

R і R₁ - відповідно зовнішній і внутрішній радіус зварюваного кільця, м;

l - відстань від центру зварюваного кільця до даної крапки, м;

θ₁ - кут між вертикальною лінією, що проходить через центр зварюваного кільця, і лінією, що проходить через центр кільця і дану точку.

Напруженість магнітного поля залежить від значення струму і конструкції зварювальних установок. Викладений теоретичний розрахунок орієнтовний і підлягає інструментальній перевірці, але може служити для гігієнічної оцінки установок на стадії проектування з метою розробки захисних заходів.

Захист від магнітних полів

Принцип проектування захисту від магнітного поля і вибір методів захисту починаються з порівняння допустимої напруженості магнітного поля з інтенсивністю поля на робочому місці, одержаною методами прогнозу або вимірювання. Якщо фактичні значення напруженості перевищують допустимі, то захисні заходи необхідні. Вибір методу захисту залежить від економічної доцільності, термінів того, що вводить до ладу зварювальних установок, впливу на електричні характеристики установок, експлуатаційних зручностей. Зі всіх відомих методів захисту організаційно-технічного характеру можуть бути застосовані: захист часом, відстанню, екранування струмопровідних шин, робочих елементів і всієї установки, вибір оптимальних електричних режимів зварки, розмірів електродів.

Організаційні заходи включають раціональне розміщення установок, пульта управління і скорочення тривалості опромінювання - захист часом.

До першого напряму організаційних заходів відноситься виділення таких робочих зон в приміщенні складально-зварювальних цехів, щоб виключити дію магнітного поля на робітників інших професій. Мінімальна відстань від осі електродів ЕЗУ до інших робочих місць, як слід за наслідками досліджень, залежить від значення зварювального струму, ТВ, виду зварювання і повинне бути не менше 2-3 м.

До другого напряму відноситься раціональне розміщення пульта управління зварювальними установками, тобто захист відстанню. Цей вид захисту застосовується, якщо не можливо ослабити інтенсивність опромінювання в заданій робочій зоні іншими заходами. Мінімальна відстань розташування пульта управління, м :

(10)

де I- струм, кА;

l- довжина струмопровідних провідників і електродів, м.

Якщо з технологічних і конструктивних причин неможливо віднести пульт управління на безпечну відстань, необхідно обмежити тривалість опромінювання, тобто застосувати захист часом.

Напруженість магнітного поля при протіканні струму по провіднику визначається за формулою, кА/м :

(11)

Підставляючи замиість значення Н його допустиму величину з формули (4), одержуємо, що допустимий час опромінювання для будь-якого значення напруженості магнітного поля промислової частоти визначається за формулою:

(12)

Інженерно-технічні заходи включають вибір оптимальних електричних режимів зварювання і розмірів електродів, при яких напруженість поля не перевищує допустимих значень, а також екранування трансформатора, струмопровідних шин, електродів тощо.

Струм, при якому напруженість поля не перевищує нормовані значення, визначається конструктивними розмірами установок і параметрами технології, кА:

(13)

Зменшуючи ТВ, міжелектродну відстань і довжину електродів, можна збільшити струм до таких значень, при яких напруженість магнітного поля на робочих місцях не буде перевищувати допустимі значення. У цілому ряді випадків таким методом можна зменшити інтенсивність поля до допустимих норм, змінюючи режими і технологію процесу.

Зниження напруженості магнітного поля на робочих місцях можна досягти за рахунок правильного вибору сумарної довжини електродів (свічок) при точковій зварці, міжосьової відстані при шовній зварці і настановної довжини виробу при стиковій зварці.

Екранування ЕЗУ може бути загальним і поблочним.

При загальному екрануванні установка розміщується в екранованій кабіні, а пульт управління розташовується з зовнішньої сторони кабіни. Кабіна виготовляється у вигляді каркаса з кутової сталі, обшитого листовою сталлю товщиною листа не менше 1-1,5 мм. Застосування таких кабін найдоцільніше при екрануванні установок великої потужності.

При поблочному екрануванні всі робочі елементи, а іноді й виріб, що зварюється, розташовують в окремі металеві екрани. Можливо два види поблочних екранувань: повне і неповне. Повне поблочне екранування порівняно легко здійснити на установках, призначених для контактного стикового зварювання. При неповному екрануванні екрануються тільки струмопровідні шини, електроди (повністю або частково) і частина зварюваного виробу, яка розташована між електродами.

В якості матеріалу екрану можуть бути використані звичайна електротехнічна (трансформаторна) сталь і матеріали з високою початковою магнітною проникністю.

Ефективність екрану характеризується коефіцієнтом екранування, що представляє відношення напруженості магнітного поля в точці без екрану і напруженості в тій же точці після екранування джерел випромінювання.

Звичайна електротехнічна (трансформаторна) сталь, що володіє малою початковою магнітною проникністю, застосовується при необхідності забезпечити малі коефіцієнти екранування (К_е ≤ 10). Такі екрани забезпечують майже незмінний коефіцієнт екранування в достатньо широкій смузі частот, аж до декількох десятків кілогерц.

Матеріали з високою початковою проникністю (пермалой та ін.) застосовуються при необхідності забезпечення великого коефіцієнта екранування (К_е > 10) в порівняно вузькій смузі частот.

Товщину стінки циліндрового екрану визначають по формулі, м :

(14)


кулястого екрану:

(15)


де r - внутрішній радіус екрану, м,

μ- початкова магнітна проникність матеріалу екрану;

К_е =H /H_доп. - необхідний коефіцієнт екранування;

Н - фактична напруженість магнітного поля на робочому місці, А/м;

Н_доп - допустима напруженість магнітного поля, А/м.


На частотах, які вживають в зварювальних установках промислової частоти, проникність стали практично не залежить від частоти. Вона починає зменшуватися лише тільки в області радіочастот. Отже, гармоніки при зварці не впливають на проникність матеріалу екрану.

Відомо, що електромагнітна хвиля затухає на глибині в 2 рази менше, ніж довжина хвилі. Якщо товщина екрану більше половини довжини хвилі в цьому матеріалі, тобто при частоті 60 Гц для сталі (μ= 300-1000) більше 5-3 мм та для міді 3 см, то при односторонньому проникненні хвилі такий елемент можна розглядати як нескінченно товстий екран. Потужність розсіювання енергії рівна значенню вектора Пойтінга на поверхні екрану, помноженому на площу цієї поверхні:

(16)

а його активна складова:

(17)

де Z_мет - комплексний опір;

_р=1 для немагнітних матеріалів;

_р=1,4 для сталі;

γ - питома електрична провідність;

μ - магнітна проникність;

Ф - магнітний потік в приповерхневому шарі, що приводиться на одиницю ширини шляху,

(18)

де a = (I +jk),

k - комплексний коефіцієнт загасання хвилі в металі

(19)

При частоті 50 Гц, γ= 7∙10⁶ См/м і Н= 4∙103 А/м маємо Пр =0,76 кВт/м2, а Ф=1,71 •103 Вб. Ці дані можна рахувати як початкові при оцінці допустимих електромагнітних навантажень сталевих конструкційних деталей з погляду місцевих перегрівів.

Завдання №1

Для контролю знань з даної теми запропонована задача, варіанти умов якої наведені в таблиці. Порядок вибору варіанту визначається викладачем.

Умова:

Визначити орієнтовну граничну допустиму напруженість магнітного поля, тривалість опромінювання, допустимий час опромінювання, напруженість магнітного поля, необхідний коефіцієнт екранування, допустиму відстань від електродів до пульта управління, товщину стінки кулястого та циліндрового екранів і допустиму напруженість магнітного поля при контактній зварці оплавленням. Початкові дані для розрахунків залежно від варіантів приведені в таблиці 1.


Таблиця 1. Початкові дані до завдання 1.

Варіант	Найменування параметра
	Діапазон частот поля, Гц		ТВ (тривалість включення), %	T (тривалість зміни), ч	Зварювальний струм, кА	r (відстань від електродів до робочого місця), м	Кут Q, град	l (довжина електроду), м	m (магнітна проникність материалу екрану)	R1 (радіус экрану), м
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20	50 400 100 200 300 400 500 1000 3000 5000 50 100 200 400 400 500 600 700 800 50	500 800 200 400 500 800 1000 2000 5000 10000 800 600 300 500 700 600 700 1000 900 1000	10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 20 30 40 50 60 70 80 90 100 50	8 7 6 8 6 7 7 8 6 8 6 6 7 6 8 7 7 6 8 6	90 100 70 80 60 50 65 75 85 95 100 80 75 90 85 150 70 95 80 100	0,1 0,2 0,3 0,4 0,3 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,5 0,4 0,3 0,5 0,3 0,4 0,4 0,5 0,3 0,2	90 45 60 30 90 90 50 70 60 80 90 60 70 60 80 90 70 80 80 60	0,1 0,2 0,3 0,5 0,15 0,4 0,2 0,15 0,2 0,05 0,35 0,2 0,4 0,3 0,25 0,35 0,2 0,4 0,3 0,15	5800 5000 3700 2200 1200 700 300 1500 3300 2200 800 900 1000 1500 2000 1200 1500 1300 1800 1700	1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ТА РЕКОМЕНДОВАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ

ЗМІСТ