Расчет диэлектрических проницаемостей

По ГОСТу 12.0.003-99*ССБТ «Опасные и вредные факторы. Классификация» элементы условий труда, среди выступающих в роли опасных и вредных факторов можно выделить следующие, характерные для данного типа работы: физические, психофизические. К физическим факторам относятся:

- возможность поражения электрическим током,

- наличие ЭМИ,

- недостаток естественного света,

К психофизическому фактору можно отнести монотонность работы. Шумовые вредные факторы, факторы связанные с ионизирующим и с лазерным излучением, отсутствуют.

Микроклимат на рабочем месте:

Таблица 6.1 Микроклимат

Освещение искусственное обеспечивают люминесцентные лампы, т.к. они обеспечивают меньшее утомление органов зрения и организма в целом и способствуют повышению работоспособности и производительности труда. Кроме того, люминесцентные лампы имеют высокую световую отдачу, больший срок службы, малую яркость светящейся поверхности, спектр излучения - близкий к естественному. Но люминесцентные лампы также обладают и недостатками: высокая установочная стоимость, зависимость светового потока от температуры окружающей среды, критичность к напряжению питания, возможность применения в помещениях с температурой не ниже +5?С и не выше 55?С, снижение светового потока к концу службы (до 50%), существенная пульсация светового потока. Итак, характеристики систем освещения следующие:

§ Светильник ЛВО 4х18

§ Тип люминесцентной лампы: ЛД-18

§ Мощность лампы P_л=18 Вт

§ Число ламп в светильнике n=4

§ Световой поток светильника Ф=2880 лм

§ КПД светильника 47%

§ Размеры светильника:

§ длина l_свет = 0.595 м

§ ширина b_свет = 0.595 см

§ высота h_свет = 0.4 см

Естественное освещение определяется размерами оконного блока. Его размеры составляют 1.5 м х 2.159 м.

Вентиляция представляет собой систему технических средств, обеспечивающую регулярный воздухообмен в помещении. Она предназначена для удаления из помещения избыточного тепла, влаги, вредных газов и паров и создания наиболее благоприятного (отвечающего санитарно-гигиеническим требованиям) микроклимата.

Для обеспечения запаса вентилятор должен создавать в воздуховодах избыточное давление. Требуемое давление, создаваемое вентилятором с учетом запаса на непредвиденное сопротивление, составит:

P_тр=1.1·P=80.2 Па

В вентиляционной установке для данного помещения необходимо применить вентилятор низкого давления, так как P_тр?1кПа. Выбираем осевой вентилятор (для сопротивлений сети до 200 Па) по аэродинамическим характеристикам, т.е. зависимостям между полным давлением и производительностью (V_тр м/ч).

С учетом возможных дополнительных потерь или подсоса воздуха в воздуховодах потребная производительность вентилятора(G_вент) увеличивается на 10%,

V_тр = 1.18640 = 9504 м/ч.

По справочнику [12] выбираем осевой вентилятор типа 06-300 N4 с КПД n_в=0.65. КПД ременной передачи вентилятора n_np=1.0

По мощности выбираем электродвигатель АОЛ-22-2 с мощностью N=0.6 Вт и частотой вращения 2830 об/мин.

6.3 Постановка задачи

Среди вышеперечисленных опасных и вредных факторов, можно выделить следующие:

1. Возможность поражения электрическим током;

2. Наличие ЭМИ.

Далее для них будут приведены технические меры защиты.

6.4 Разработка технических средств для защиты от ЭМИ и от поражений электрическим током

Так как измерительная аппаратуры питается от напряжения 220 В, то для защиты инженера-испытателя от поражения электрическим током следует выбрать метод защитного зануления. Этот метод представляет собой преднамеренное соединение металлических нетоковедущих частей электроустановок, могущих оказаться под напряжением в аварийной ситуации, с заземлённой точкой обмотки источника питания. Это устранит опасность поражения током при прикосновении к корпусу оборудования, оказавшегося под напряжением относительно земли из-за замыкания фазы на корпус. Зануление превращает замыкание на корпус в однофазное КЗ, обеспечивающее автоматическое отключение повреждённого электрооборудования от сети, и, одновременно, снижает напряжение корпуса относительно земли на время, пока не сработает отключающий автомат.

Требования к занулению - обеспечить надёжное срабатывание защиты и малое время (доли секунды) отключения повреждённого оборудования. Время срабатывания отключающего автомата зависит от тока КЗ протекающего через него.

Зануление рассчитывается с целью определения условий, при которых в аварийной ситуации произойдёт надёжное откючение электроустановки от сети и будет снижено до безопасной величины напряжение на корпусе в аварийный период. [9]

Про защиту от ЭМИ можно сказать следующее: Поле считается переменным на расстоянии от источника излучения, где л - длина волны. Для частоты (н) 1 МГц, л=с/н, где с=м/c - скорость света. Итого, поле будет считаться переменным на расстоянии метров. Так же измерение ведётся при прикладываемом к электродам напряжении 1В, следовательно меры защиты разрабатывать не целесообразно т.к. ЭМИ ничтожно мало.

6.5 Расчет защитного зануления

Номинальное напряжение U_н = 220 В, номинальный ток I_н = А. Для питания электрооборудования используется алюминиевый фазный провод марки АПР, прокладываемый в стальной трубе. Выбираем сечение провода S = 1.5 мм². Диаметр трубы для прокладки провода d = 15 мм. Потребляющее электрооборудование подключено к третьему участку питающей магистрали. Первый участок магистрали выполнен четырехжильным кабелем марки АВРЕ с алюминиевыми жилами сечением 3x70 и 1x25 мм² в полихлорвиниловой оболочке, длина участка 0.5 км. Участок защищен автоматом типа А3134 с комбинированным расцепителем на номинальный ток I = 200 А. Второй участок выполнен кабелем АВРГ с алюминиевыми жилами сечением 3x35 1x10 мм², длина участка 0,02 км, участок защищен автоматическим выключателем А3124 с тепловым расцепителем на номинальный ток I_Н = 60 А. Магистраль питается от трансформатора типа ТМ-1000 с первичным напряжением 10 кВ. Магистраль зануления на первых двух участках выполнена четвёртой жилой питающего кабеля, на третьем участке нулевым проводом того же сечения, что и фазный.

Схема питания измерителя импедансов Е7-20 представлена на рисунке 6.2, где ТП - трансформаторная подстанция, РП - распределительный пункт, СП - силовой пункт. I_н1= 200 А; I_н2 = 60 А.

Выбор аппарата защиты, сопротивления и места сооружения повторных заземлений

Применим для защиты предохранитель типа ПР-2:

, (6.1)

где - ток измерителя, так как в помещении находится не только измеритель, но и другая электротехника, то надо это учесть в расчетах; её совокупный ток 10А.

В схеме электроснабжения используется участок длиной более 200 м, поэтому необходимо сооружение повторного заземления на распределительном пункте. Сопротивление повторного заземления не должно превышать 10 Ом, так как мощность трансформатора 1000 кВА.

Расчетная проверка зануления

Определим расчетный ток однофазного короткого замыкания для предохранителя ПР-2, если среда нормальная:

, (6.2)

где к - коэффициент кратности, а - номинальный ток предохранителя

I_о.к.з.=10А=30 А.

Ток однофазного короткого замыкания, обеспечиваемой схемой зануления определяется по формуле, (6.3) где - расчетное сопротивление трансформатора, - суммарное полное сопротивление фазного провода и нулевого защитного проводника.

Определим по таблице [10] расчетное сопротивление трансформатора:

=0.081, .

Полное сопротивление петли «фазовый провод - магистраль зануления» определяется по формуле:

, (6.4)

; (6.5)

. (6.6)

Определяем активное сопротивление фазного провода для каждого участка и суммарное по формуле:

r=, (6.7)

где с - удельное сопротивление материала, l - длина участка, S - сечение провода. Для алюминиевого провода = 31.4 Ом*мм²/км.

r_ф.1=31.4*0.5/70 = 0.224 Ом

r_ф.2=31.4*0.02/30 = 0.017 Ом

r_ф.3=31.4*0.025/2 = 0.523 Ом

r_ф.?= 0.224 + 0.017 + 0.523 = 0.764 Ом.

Определим расчетное активное сопротивление фазных проводов с учетом температурной поправки, считая нагрев проводов на всех участках равным: T=60°C

r_ф= r_ф.? *K_T,

где K_T = 1+б (T-20) - поправочный коэффициент, б - температурный коэффициент сопротивления. Для алюминия б =0.004 град^-1.

K_T=1.16

r_ф=1.008Ом

Определим активное сопротивление нулевого защитного проводника по формуле:

r_м.з.1=31.4*0.5/25 = 0.638 Ом;

r_м.з.2=31.4*0.02/10=0.0628 Ом;

r_м.з.3= 31.4* 0.025/1.5 = 0.523 Ом.

Определим расчетное активное сопротивление магистрали зануления с учетом температурной поправки:

r_м.з.t1-2 =(0.638 + 0.0628)*1.16 = 0.801 Ом.

r_м.з.t3 = 0.523*1.16=0.606 Ом

r_{м.з. ?} =0.801+0.606=1.407 Ом

Индуктивные сопротивления фазных проводов и магистрали зануления не учитываются, т.к. провода выполнены из цветного металла, и расстояние между жилами мало. Соответственно, полное сопротивление фазного провода и магистрали зануления равно активному сопротивлению:

=1.008

1.407

Рассчитаем ток однофазного короткого замыкания по формуле (6.3):

Сравниваем расчетные параметры с допустимыми:

I_.к.з.=90 А > KI_н=30А

Кроме того, должно выполняться условие:

Z_м.з.<2 Z_ф, т.е. 1.407 Ом<2.016 Ом

Таким образом, оба условия эффективности защиты занулением соблюдаются.

Проверка допустимости напряжений прикосновения и времени срабатывания защитного аппарата:

Падение напряжения на участке нулевого провода составит:

U_н=I_.к.з*=90А*0.67=60.3В

где Z_м.з.2-3 ==0.67 Ом

=0.678Ом,

Падение напряжения на повторном занулении определяется с учетом токораспределения на первом участке схемы:

U_п.з.=R_п.з.*I_.к.з*=10*90*=47.57В (6.8)

Учитывая коэффициент прикосновения, получим полное напряжение прикосновения:

U_пр= U_н+ б* U_п.з.=60.3+0.3*47.57 = 74.57 В.

Такое напряжение допускает время срабатывания защиты, равное 0.8 с. Однако, как видно из характеристики предохранителя ПР-2 [9], такое время срабатывания можно обеспечить только при значительно больших кратностях тока. Необходимо использовать устройство типа УЗО, чтобы обеспечить безопасность персонала.

В ходе выполнения данной части дипломного проекта были выполнены следующие задачи:

- расчет электробезопасности на рабочем месте,

- показана нецелесообразность мероприятий по защите от ЭМИ,

- приведены оптимальные параметры освещения и вентиляции.

Учет вышеизложенных параметров рабочего места позволяет сохранить трудоспособность и обеспечить эффективную и безопасную работу инженера-испытателя всего рабочего дня.

Основываясь на проведенных анализах и расчетах, можно сделать выводы о том, что в результате проведенных мероприятий, в частности, таких как улучшение освещения и системы вентиляции рабочего места, снижается утомляемость глаз и уменьшается вредное влияние на нервную, сердечно-сосудистую системы и на весь организм, в целом. Все это ведет к тому, что повышается безопасность, а, следовательно, и производительность труда инженера-разработчика.

Заключение

1. Для измерений выбран двухэлектродный метод, соответствующий ГОСТ 22372-77.

2. Спроектирована и сделана оснастка для измерений, позволяющая из двух электродов и образца формировать измерительный конденсатор.

3. Проведены измерения, в ходе измерений доработана конструкция оснастки. Статистическая обработка показала, что усовершенствование конструкции оснастки повысило точность измерений. В ходе измерений был выявлен брак некоторых партий керамики.

4. С использованием пакета программ Ansoft создана компьютерная модель для расчета межэлектродной ёмкости с учётом оснастки. С использованием результата моделирования рассчитана диэлектрическая проницаемость каждого образца. Результаты расчёта вынесены в приложение.

5. Разработана инструкция по измерениям, которая внедрена в технологический цикл производства керамики.

Контроль диэлектрической проницаемости керамики позволит повысить качество ЭВП СВЧ, производящихся в ФГУП НПП «Торий».

Список использованной литературы

1. Журнал «Успехи физических наук», Август 1961 г. Шестопалов В.П., Яцук К.П. Методы измерения диэлектрических проницаемостей вещества на сверхвысоких частотах.

2. Учебное пособие «Мощные вакуумные СВЧ приборы». Суходолец Л.Г. МИРЭА 2012 г.

3. Фейнмановские лекции по физике. Т.5 «Электричество и магнетизм». Издательство «Мир», Москва 1977 г.

4. ГОСТ 22372-77 «Материалы диэлектрические. Методы определения диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь потерь в диапазоне частот от 100 до Гц.»

5. Фейнмановские лекции по физике. Т.6 «Электродинамика». Издательство «Мир», Москва 1977 г.

6. Теория вероятностей и математическая статистика, Гмурман В.Е. Учебное пособие для вузов. - 9-е изд. - М.: Высшая школа, 2003.

7. Измеритель иммитанса Е7-20. Руководство по эксплуатации. УШЯИ 411218.012 РЭ

8. Методические указания по выполнению раздела «Охрана труда и окружающей среды» в дипломных проектах. Вопросы электробезопасности.», Учебн. пособие/МИРЭА. М.:МИРЭА, 1987.

9. Розанов В.С. «Безопасность жизнедеятельности. Электробезопасность.», М. МИРЭА, 1999.

10. СНИП 23-05-2010 «Естественное и искусственное освещение»

11. Освещение рабочих мест, Самгин Э.Б., М.: МИРЭА, 1989.

12. ГОСТ 12.0.003-99 «Опасные и вредные производственные факторы».

13. В.С. Розанов, А.В. Рязанов «Обеспечение оптимальных параметров воздушной среды в рабочей зоне», учебн. пособие/МИРЭА. М.:МИРЭА, 2011

14. Адамчук В.В. «Экономика труда - М: ИНФРА - М, 2009. - 415 с.

Размещено на Allbest.ru