Роздрукувати сторінку
Главная \ Методичні вказівки \ Методичні вказівки \ 1661 Методичні вказівки до контрольної роботи з курсу Цивільний захист

Методичні вказівки до контрольної роботи з курсу Цивільний захист

« Назад

МЕТОДИЧНІ ВАЗІВКИ

ДЛЯ ВИКОНАННЯ КОНТРОЛЬНИХ РОБІТ

З КУРСУ «ЦИВІЛЬНИЙ ЗАХИСТ» 

 

ЗАВДАННЯ ДЛЯ ВИКОНАННЯ КОНТРОЛЬНОЇ РОБОТИ 

ЗАВДАННЯ 1. Обсяг водоймища W=..... млн. м3, глибина води перед греблею Н=.....м, середня швидкість руху води пропуску V=.....м/с., ширина пропану….м.. Зробити висновки. (Вихідні дані для розв’язання  задачі приведені в таблиці 1.5)

ЗАВДАННЯ 2. При транспортуванні ємності з пропаном масою .....т на відстані ......м від об'єкта відбувся вибух. Визначити максимальний надлишковий тиск, що утворився в результаті вибуху, на карту-схему заводу нанести зони руйнування. (Вихідні дані приведені в таблиці 1.6).

ЗАВДАННЯ 3. По залізничній станції нанесений наземний ядерний вибух потужністю q = …… кт на відстані Rmin =……км. Визначити зони руйнувань і зони пожеж за вихідними даними, приведеними в таблиці 1.8

ЗАВДАННЯ 4. За даними задачі 4 розрахувати зони радіоактивного зараження, нанести кордони на карту області.

ЗАВДАННЯ 5. Провести оцінку стійкості цеху (лабораторії) до впливу ударної хвилі при вибуху ємності з ______________ відповідно даних таблиць (4.4), (4.5), (4.6), (4.7), (4.8).

ЗАВДАННЯ 6. Оцінити стійкість електронного устаткування автоматичної системи управління (АСУ) складального цеху заводу від  проникаючої радіації при вибуху нейтронного боєприпасу.

Вихідні дані:     потужність боєприпасу = … кт, відстань об’єкту від  точки вибуху Rг = … км;  ймовірне відхилення боєприпасу від точки прицілювання Е = … м, вид вибуху  –  повітряний на висоті H = … км. АСУ встановлена в одноповерховій виробничій будівлі з коефіцієнтом послаблення Кпосл = 5. До складу АСУ входять інтегральні схеми, мікросхеми, випрямлячі, фотоелементи (Вихідні дані для рішення задачі наведені в табл. (5.5).

ЗАВДАННЯ 7. Розрахувати захисне спорудження при наступних вихідних даних:

- об'єкт розташований у районі з помірним кліматом, температура повітря 20...25°С;

- очікуваний максимальний надлишковий тиск ударної хвилі дРф= ______ кПа;

- очікуваний максимальний рівень радіації в районі об'єкта Р-____ р\год;

- швидкість середнього вітру в районі розташування об'єкта V 50 км\год;

- число робітників та службовців найбільшої працюючої зміни М=______ осіб., з них______% жінки.

(Вихідні дані наведені в таблиці (7.2)).

 

1. РОЗРАХУНКИ ХАРАКТЕРИСТИК ОСЕРЕДКІВ УРАЖЕНЬ

В НАДЗВИЧАЙНИХ СИТУАЦІЯХ 

З численних осередків уражень, виникаючих у результаті стихійних лих, найбільш значними за масштабами наслідків є осередки, що утворяться при землетрусах і повенях, а також при аваріях на АЕС і інших об’єктах атомної енергетики, на підприємствах, що мають СДОР, і виробництвах з вибухо- і пожежною технологією.

Незалежно від джерел виникнення стихійні лиха характеризуються значними масштабами і різною тривалістю від декількох секунд (землетруси, сніжні лавини), до декількох годин (селі), днів (зсуви), місяців (повені).

 

1.1. Осередки ураження при повені

Повені – тимчасове значне затоплення місцевості в результаті підйому води в річках, водоймищах за рахунок танення снігу, заливних дощів, заторів льоду, прориву гребель ГЕС, великих морських приливів. При надзвичайних ситуаціях погрозу затоплення на Україні можуть створювати Київське, Кременчуцьке, Каховське водоймища, великі ріки. За розмірами і нанесених збитках затоплення підрозділяються на: невеликі, великі, значні і катастрофічні. При руйнуванні гребель ГЕС затоплення території відбувається зі швидкістю від 3 до 25 км/ч., а в гірських районах до 100 км/ч.

З метою своєчасного планування проведення рятувальних робіт у зонах катастрофічного затоплення внаслідок можливого прориву гребель виконується завчасне прогнозування можливих хвиль прориву і розмірів площ катастрофічного затоплення.

Масштаби повеней залежать від висоти і тривалості стояння небезпечних рівнів води, площі затоплення, часу затоплення (навесні, улітку, узимку) і ін. Осередком ураження при повені називається територія, у межах якої відбулися затоплення місцевості, ушкодження і руйнування будинків, споруджень і інших об'єктів, що супроводжуються загибеллю людей, тварин і врожаю, псуванням і знищенням сировини, палива, продуктів харчування і т.д.

При руйнуванні греблі утворяться хвилі пропуску, що поширюються вниз за течією зі швидкістю V і висотою hпр.

Вихідні данні для рішення задачі

W - об’єм водосховища, млн. м3;

В - ширина прорану, м;

Н - глибина води перед греблею, м;

V - середня швидкість хвилі пропуску, м/с;

R - відстань хвилі пропуску від греблі до об’єкту, км. 

Порядок розрахунку:

1. Визначаємо параметри хвилі пропуску, год.

2. Користуючись таблицею 1.2 визначаємо висоту хвилі пропуску h на заданій відстані 

Таблиця 1.2 

Параметри, R

Відстань від греблі до об’єкту, км

0

25

50

100

150

200

250

Висота хвилі пропуску, h м

0,25Н

0,2Н

0,15Н

0,075Н

0,05Н

0,03Н

0,02Н

3. Визначаємо час спорожнювання сховища, год.

де W - обсяг водосховища, м3;

B - ширина прорану ділянки переливу води через гребінь незруйнованої греблі, м;

N - максимальна витрата води, що приходиться на 1м ширини чи прорану, м3/с (по таблиці 1.3).

Таблиця 1.3 

Н, м.

5

10

25

50

N, м3.м

10

30

125

350

4. Користуючись таблицею 1.4 визначаємо тривалість проходження хвилі на задану відстань

Таблиця 1.4 

Параметри

0

25

50

100

150

200

tn, год.

Т

1,7Т

2,6Т

Приклад. Обсяг водоймища W=70 млн. м3, ширина прорану В=100 м, глибина води перед греблею Н=50 м, середня швидкість руху води пропуску V=5 м3/с. Визначити параметри хвилі пропуску на відстані 25, 50 і 100 км від греблі при її руйнуванні.

Рішення.

1. По формулі 1.1

де R - задана відстань від греблі до об’єкту, км;

Визначаємо час приходу хвилі на задані відстані:

t25= 25/53,6 = 1,4 год;

t50= 50/53,6 = 2,8 год;

t100= 100/53,6 = 5,6 год;

2. По таблиці 1.3 знаходимо висоту хвилі пропуску на заданих відстанях.

h25 = 0,2H = 0,250 = 10 м;

h50 = 0,15H = 0,1550 = 7,5 м;

h100 = 0,075H = 0,07550 = 3,75 м;

3. Визначаємо тривалість проходження хвилі пропуску (t) на заданих відстанях. Для цього знаходимо час спорожнювання водоймища по формулі (1.2)

тоді

t25= 1,7T=1,70,55 = 1 год;

t50= 2,6T=2,60,55 = 1,5 год;

t100= 4,0T=4,00.55 = 2,2 год;

 

Таблиця 1.5

Вихідні  дані для розв’язання  задачі 1 

Параметри

Варіанти

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

W, млн. м3

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

Н, м

25

50

10

5

5

50

50

10

25

25

V, м/с

5

5

8

10

10

10

10

5

20

20

В, м

100

100

100

100

100

100

100

100

100

100

R, км

25

50

50

100

150

100

200

25

150

200

 

1.2. Осередок ураження на вибухонебезпечних об'єктах

Руйнування й ушкодження будинків, споруд, технологічного устаткування, ємностей і трубопроводів на підприємствах з вибуховою і пожежною технологією може привести до витоку газоподібних чи стислих вуглеводневих продуктів. При перемішуванні вуглеводневих продуктів з повітрям утворяться вибухово- пожежно небезпечні суміші.

Найбільше вибухові і пожежні суміші з повітрям вуглеводневих газів: метану, пропану, бутану, етилену, пропилену, бутилену й ін. Наприклад, вибух пропану можливий при наявності в 1м3 повітря 21 літрів газу, а загоряння — при 9,5 літрів.

При вибуху газоповітряної суміші утвориться осередок ураження з ударною хвилею, що викликає руйнування будинків, споруд, устаткування, комунально-енергетичних систем.

В осередку вибуху газоповітряної суміші прийнято виділяти три кругові зони. (див. рис. 1.1). 

1 – зона детонаційної хвилі (r1); 2 – зона дії продуктів вибуху (r2);

3 – зона дії повітряної ударної хвилі (r3)

Рисунок 1.1 – Зони осередку вибуху газоповітряної суміші 

Зона детонаційної хвилі знаходиться в межах області вибуху, радіус якої в метрах обчислюється за формулою 1.3

де Q - маса зрідженого гaзу, т.

У межах зони 1 діє надлишковий тиск ΔР= 1700 кПа. Зона дії продуктів вибуху (зона 2) охоплює всю площу розльоту продуктів газоповітряної суміші в результаті її детонації. Радіус цієї зони обчислюється за формулою 1.4 

У зоні дії повітряної ударної хвилі (зона 3) формується фронт ударної хвилі.

Визначаємо відносну величину φ за формулою 1.5 

φ = 0,24 r3/ r1,

(1.5)

де r1 - радіус зони 1, r3 – відстань від центру вибуху до об’єкта, м

При φ≤2

При φ>2

При можливому вибуху пару бензину

1. Визначають обсяг резервуара, заповненого парами бензину за формулою 1.8

Vпар. = Vємн– Vбенз.,

(1.8)

де Vпар– об’єм пару бензина в ємності, м3,

Vємн - об’єм ємності, м3,

Vбенз. - об’єм бензина в ємності, м3, рівний ємності помноженій на відсоток її заповнення (Vємкн%запов).

2. Визначають об’єм бензина, який знаходиться в пароподібному стані за формулою 1.9. 

Vбенз. пар. = Vпар.% /100,

(1.9)

де Vпар.%  відсотковий вміст бензину, що знаходиться в пароподібному стані

3. Розраховують масу бензину Qбенз(т), що знаходиться в пароподібному стані за формулою 1.10. 

Qбенз. = Vбенз.параρ,

(1.10)

де  ρ – щільність пару бензину, т/м3 (ρ=0.75т/м3).

По діаграмі, представленій на рисунку 1.2 визначають максимально можливий надлишковий тиск, роблять висновки.

Рисунок 1.2 Залежність надлишкового тиску від маси зрідженого вуглеводневого газу та відстані до об’єкта при вибуху газоповітряної суміші

Надлишковий тиск (кПа) у районі об'єкта і його елементів при вибуху вибухових речовин (тротил, амонал і ін.) розраховується по формулі 1.11

де Q - маса вибухових речовин, кг;

R - відстань від можливого центра вибуху до об'єкту (його елементів), м.

 

Таблиця 1.6

Вихідні дані до задачі 2 

Показник

Варіанти

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Ємність з пропаном, т.

20

15

30

40

50

75

100

150

10

15

Відстань до об’єкту, м.

300

250

350

400

400

400

500

500

250

300

 

1.3 Осередок ядерного ураження, зони радіоактивного зараження (забруднення) та пожеж

Осередком ядерного ураження називається територія, у межах якої в результаті впливу вражаючих факторів ядерного вибуху, а також вторинних факторів відбулися масові ураження людей, тварин і рослин, руйнування й ушкодження будинків і споруд.

Розміри осередку ядерного ураження залежать від потужності і виду ядерного вибуху, рельєфу місцевості, метеоумов, характеру забудов. Межа осередку ядерного ураження на рівнинній місцевості умовно обмежена радіусом з надлишковим тиском у фронті ударної хвилі 10 кПа (0.1 кГс/см2). За характером руйнувань промислових і житлових будинків, споруд, величини надлишкового тиску у фронті ударної хвилі (ΔРф) в осередку ядерного ураження умовно поділяється на зони: повних, сильних, середніх і слабких руйнувань. Максимальний очікуваний надлишковий тиск (кПа) у фронті ударної хвилі обчислюється за формулою 1.12.

де q - потужність ядерного боєприпасу, кт;

Rг - відстань від об'єкта до точки прицілювання, км;

Е - ймовірне відхилення боєприпасу від точки прицілювання, км.

Зона повних руйнувань (R1) має на границі ΔР = 50 кПа (0.5 кГс/см2), характеризується: масовими безповоротними втратами серед незахищеного населення; повним руйнуванням будинків і споруджень; руйнуванням комунально-енергетичних й технологічних мереж, а також частини споруд ЦО; утворенням суцільних завалів і обчислюється за формулою 1.14. 

(Тут і далі: перший коефіцієнт для повітряного вибуху, другий - для наземного.)

Площа зони складає 15% усієї площі осередку ядерного ураження.

Зона сильних руйнувань (R- R1) з надлишковим тиском у фронті ударної хвилі ΔР 50 - 30 кПа (0,50,3 кГс/см2), характеризується масовими безповоротними  втратами (до 90%) серед незахищеного населення, повним і середнім руйнуванням будинків і споруд; ушкодженням ГЕС і технологічних мереж; утворенням місцевих і суцільних завалів у населених пунктах; збереженням сховищ і більшості ПРУ підвального типу. R(км) обчислюється за формулою 1.15

Площа зони складає 10 % усієї площі осередку ядерного ураження.

Зона середніх руйнувань (R- R2) з надлишковим тиском у фронті ударної хвилі ΔР = 50-30 кПа (0,5-0,3 кГс/cм2), характеризується: безповоротними втратами серед незахищеного населення (до 20%); сильними і середніми руйнуваннями будинків і споруд, утворенням місцевих і осередкових завалів, суцільних пожеж; збереженням ГЕС, сховищ і частини ПРУ. R3 (км) обчислюється за формулою 1.16

Площа зони складає 15 % усієї площі осередку ядерного ураження.

Зона слабких руйнувань (R- R3) з надлишковим тиском у фронті ударної хвилі ΔР 20-10 кПа (0,2-0,1 кГс/см2), характеризується: слабкими і середніми руйнуваннями будинків і споруд, R4 (км) обчислюється за формулою 1.17

Площа зони складає 60% усієї площі осередку ядерного вибуху.

За межами зони слабких руйнувань можливі непрямі ураження при надлишковому тиску ΔР = 30 кПа (0,03 кГс/см2).

 

1.4. Зони пожеж

Осередок ядерного ураження характеризується складною пожежною обстановкою. У ньому виділяються три основні зони пожеж: зона пожеж у завалах, зона суцільних пожеж і зона окремих пожеж.

Зона пожеж у завалах охоплює всю зону повних і частину зону сильних руйнувань. На зовнішньому її кордоні величина світлового імпульсу складає: при повітряному вибуху Uсв = 2400 - 4000 кДж/м, при наземному Uсв = 700 - 1700 кДж/м2, , км, q - кт.

Зона характеризується тривалим горінням у завалах з виділенням продуктів неповного згоряння і токсичних речовин, а також сильним задимленням. У наслідку цього виникає небезпека ураження людей, що знаходяться в захисних спорудах і беруть участь у проведенні рятівних та інших невідкладних робіт.

Зона суцільних пожеж охоплює велику частину зони сильних руйнувань, усю зону середніх (при наземному вибуху тільки частина її) і частина зони слабких руйнувань. На зовнішньому кордоні її Uсв = 400 – 600 кДж/м2,    ΔРф = 15 кПа і , км при повітряному і , км при наземному вибуху.

Пожежі виникають у більш ніж 50% будинків і споруд, і через 1-2 годин вогонь поширюється на інші будинки. Перетворення окремих пожеж у суцільні значною мірою залежить від ступеня вогнестійкості будинків і споруд, категорії пожежної небезпеки виробництва і щільності забудови.

Зона окремих пожеж охоплює частину зони середніх руйнувань (при наземному вибуху), усю зону слабких руйнувань і поширюється за межі осередку ядерного ураження. На зовнішньому кордоні її Uсв = 100 – 200 кдж/м2,  ΔРф = 7,5 кПа і , км при повітряному і ΔРф = 9,0 кПа і , км – при наземному вибуху.  

Таблиця 1.8

Вихідні дані для задачі 4 

Найменування

Варіанти

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Потужність наземного вибуху q, кТ

200

100

50

500

2000

500

200

100

500

300

Відстань

Rmin, км

3

2.5

3

4

6.3

5

4

3

4.5

4

 

4. ОЦІНКА СТІЙКОСТІ ОБ’ЄКТА І ЙОГО ЕЛЕМЕНТІВ ДО ВПЛИВУ УДАРНОЇ ХВИЛІ 

За критерій стійкості об’єктів до впливу ударної хвилі приймають максимальне значення надлишкового тиску, при якому будинки, спорудження й устаткування зберігаються, або одержують слабкі руйнування (ушкодження).

При оцінці стійкості визначають наступне:

- максимальний можливий надлишковий тиск ударної хвилі max очікуване на об’єкті;

- виділяють основні елементи на об’єкті, від яких залежить його працездатність;

- визначають надлишковий тиск, при яких будинки, спорудження, устаткування одержують слабкі, середні, сильні і повні руйнування;

- визначають межі стійкості кожного виділеного елементу до ударної хвилі по надлишковому тиску lim, при якому елементи одержують слабкі руйнування;

- визначають межі стійкості об’єкта в цілому до ударної хвилі по мінімальній межі стійкості в його складових елементів.

Дані записують в таблицю (4.1), аналізують, роблять висновки і пропозиції по підвищенню стійкості.

 

4.1. Визначення максимально можливого надлишкового тиску у фронті ударної хвилі в районі об’єкта (його елементів)

Методику розрахунку максимально можливого надлишкового тиску в районі об’єкта (його елементів) розглянемо на прикладах.

а) При можливому вибуху газоповітряної суміші вуглеводневих сполук.

Приклад 4.1. Визначити надлишковий тиск, очікуваний в районі механічного цеху при вибуху ємності, у якій знаходиться 50 т зрідженого пропану, відстань від ємності до цеху 200 м.

Таблиця 4.1

Результати оцінки стійкості цеху до впливу ударної хвилі 

Елементи цеху і їхні короткі характеристики

Ступінь руйнування при , кПа

Межа стійкості

0    5     10     15     20    25     30    35    40     45 50

Елемента

   кПа

Цеху

 кПа

Будинок цеху: одноповерховий, цегельний, без-каркасний

 

 

cлабкі

середні

сильні

 

20

 

Технологічне устаткування:

Крани і кранове устаткування, верстати важкі

 

 

 

 

слабкі

середні

 

 

 

30

 

20

 

 

 

 

 

слабкі

середні

40

 

КЕС:

Повітроводи на металевих еста-кадах

 

 

 

слабкі

середні

сильні

30

 

Електромережа:

Кабельна, наземна

 

 

слабкі

середні

30

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рішення. Визначаємо радіус (м) зони детонаційної хвилі (зони 1) за допомогою формули (4.1)

де Q – кількість зрідженого вуглеводневого газу, т.

Розрахуємо радіус зони дії продуктів вибуху (зони 2) за формулою (4.2).

Визначимо відносну величину  за формулою (4.3)

де r3 – відстань від центру вибуху до об’єкта (його елементів), м

Розрахуємо максимальний можливий надлишковий тиск (кПа) у районі об’єкта (його елементів) за формулами (4.4), (4.5).

Отже, при вибуху 50 т зрідженого пропану в районі цеху надлишковий тиск у фронті ударної хвилі може складати 91 кПа.

б) При можливому вибуху парів бензину в ємності визначають масу бензину, що знаходиться в пароподібному стані і по даній масі розраховують максимальний можливий надлишковий тиск у фронті ударної хвилі на заданій відстані.

Приклад 4.2. Визначити максимальний можливий надлишковий тиск у районі цеху, якщо на відстані 200 м знаходиться резервуар об’єму 1000 м3, заповнений бензином на 30%. Концентрація бензину в паровій фазі по ємності 2%, щільність бензину 0,75 т/м3.

Рішення. Визначимо об’єм парів бензину (м3) у резервуарі за формулою (4.6) 

Vпар = Vємн – Vбенз,

(4.6)

де Vємн – об’єм ємності, м3;

Vбенз – об’єм бензину в ємності, рівний ємності, помноженої на відсоток її заповнення, м3 

Vпар =1000 - 100030/100 = 700 м3 

Визначимо об’єм бензину, що знаходиться в пароподібному стані за формулою (4.7):

де - m – процентний вміст бензину, що знаходиться в пароподібному стані.

Розрахуємо масу бензину (т), що знаходиться в пароподібному стані за формулою (4.8). 

По рисунку (4.1) визначимо максимальний можливий надлишковий тиск у районі цеху на перетині ординат – відстань 200 м і маса бензину 10,5 т. 

Рисунок 4.1 – Графік залежності радіуса зовнішньої границі зони дії надлишкового тиску від маси зрідженого вуглеводного газу при вибуху газоповітряної суміші 

Для даної задачі Рф = 40 кПа.

Отже, при руйнуванні ємності і вибуху парів бензину надлишковий тиск у районі цеху може скласти 40 кПа.

в) При можливому вибуху звичайних вибухових речовин максимальний можливий надлишковий тиск (кПа) у районі об’єкта (його елементів) визначається по формулі (4.9)

де Q – маса вибухових речовин, кг (у тротиловому еквіваленті);

R – відстань від можливого центру вибуху до об’єкта (його елементів), м

Приклад 4.3. Визначити можливий надлишковий тиск у фронті ударної хвилі в районі цеху, якщо на відстані 250 м від нього розташований склад, на якому зберігається 100 т вибухових речовин.

Рішення. Розрахуємо можливий надлишковий тиск у районі цеху при вибуху 100 т вибухових речовин по формулі (4.9)

г) При ядерному вибуху максимальний можливий надлишковий тиск у фронті ударної хвилі в районі об’єкта і його елементів визначають для мінімальної можливої відстані по таблиці (4.2) 

Таблиця 4.2

Надлишковий тиск ударної хвилі при різних потужностях ядерних боєприпасів і відстанях до центру вибуху 

Потужність боєприпасів,кт

Надлишковий тиск Рф, кПа

1000

200

100

70

50

40

30

20

15

10

Відстань, км

10

0,15

22

0,32

0,43

0,46

0,59

0,61

0,74

0,77

0,85

0,96

1

1,15

1,15

1,6

1,5

2

1,8

3

2,4

50

0,25

0,37

0,54

0,75

0,8

1

1,1

1,25

1,3

1,4

1,4

1,5

2

2

2,7

2,6

3,5

3,1

4,5

4,2

100

0,32

0,46

0,68

0,92

1

1,2

1,4

1,6

1,7

1,9

2,1

2,2

2,6

2,5

3,8

3,2

4,4

3,9

6,5

5,2

200

0,4

0,58

0,86

1,15

1,2

1,5

1,6

1,8

1,9

2,2

2,5

2,6

2,9

3,0

4,4

3,8

5,5

4,9

7,9

6,4

300

0,46

0,67

0,98

1,35

1,37

1,7

1,85

2,1

2,27

2,55

2,8

2,93

3,35

3,6

4,95

4,4

6,35

5,65

9,1

7,3

500

0,54

0,79

1015

1,6

1,7

2,1

2,3

2,6

3

3,2

3,4

3,6

4,2

4,4

6

5,5

7,55

6,7

11,5

9

1000

0,7

1

105

2

2,2

2,9

3

3,5

3,6

4

4,3

4,5

5

5,4

7,5

7

9,5

8,4

14,3

11,2

2000

0,9

1,3

1,8

2,5

2,7

3,4

3,6

4,2

4,6

5,1

5,6

5,7

6,8

7

9,5

8,8

13

10,7

18

14,2

Вихідними даними для оцінки є: віддалення об’єкта від можливого центру вибуху Rг, км; очікувана потужність ядерних боєприпасів q, кт; вид вибуху, ймовірне відхилення боєприпасів від центру прицілювання Е, км.

Максимальний можливий надлишковий тиск (кПа) у фронті ударної хвилі при наземному вибуху можна розрахувати і по формулі (4.10)

де q – тротиловий еквівалент ядерного вибуху, кт

Rг – горизонтальна відстань від центру прицілювання до об’єкта, км

Мінімальна відстань від центру вибуху до об’єкту з урахуванням ймовірного відхилення Е, км, визначається за формулою (4.11)

Приклад 4.4. Визначити максимальний можливий надлишковий тиск ударної хвилі, очікуваний на об’єкті при ядерному вибуху, якщо об’єкт розташований від центру прицілювання на відстані R = 7,0 км, по місту очікується ядерний вибух боєприпасами потужністю 1000 кт, ймовірне відхилення боєприпасів від центру прицілювання Е = 0,5 км, вид вибуху – наземний.

Рішення. Знайдемо ймовірну мінімальну відстань від центру вибуху по формулі (4.11) 

Rmin = 7  3,20,5 = 5,4 км. 

По формулі (4.10) знайдемо максимальний можливий надлишковий тиск у фронті ударної хвилі.

д) Оцінка стійкості роботи об’єкта (його елементів) до впливу ударної хвилі.

Приклад 4.5. Максимальний можливий надлишковий тиск у районі цеху 30 кПа. Характеристика цеху: будинок одноповерховий, цегельний, без каркасний. Технологічне устаткування включає: крани і кранове устаткування, важкі верстати, трубопроводи (повітропроводи) на металевих естакадах і кабельні наземні мережі.

Рішення. Визначимо максимальне значення надлишкового тиску, очікуваного в районі цеху, за методикою, приведеною в прикладі 1. Для даних умов він дорівнює 29 кПа.

Виділимо основні елементи цеху (мостові крани і верстати, система повітря подачі й електромережа.) Їх характеристики запишемо в зведену таблицю результатів оцінки (табл. 4.1).

По таблиці (4.3) знайдемо для кожного елементу цеху надлишковий тиск, що викликає слабкі, середні, сильні і повні руйнування. Так, будинок цеху з зазначеними характеристиками одержить слабкі руйнування при надлишковому тиску 10.....20 кПа, середні – при 20......35кПа, сильні – при 35.....40 кПа, повні – при 45 кПа і більше. Ці дані відбиваються в таблиці по шкалі надлишкових тисків умовними знаками.

Аналогічно визначають і вносять в таблицю по всім іншим елементам цеху.

Знайдемо межу стійкості кожного елементу цеху: максимальне значення надлишкового тиску, що викликає слабкі руйнування. Будинок цеху має межу стійкості до ударної хвилі – 20 кПа, крани і кранове устаткування – 30 кПа, верстати – 40 кПа, і т.д. Отримані данні записують в таблицю (4.1).

Визначимо межу стійкості цеху в цілому по мінімальній межі стійкості вхідних у його склад елементів. (Рфmin = 20 кПа). 

Таблиця 4.3

Ступені руйнування елементів об’єкта при різних надлишкових тисках ударної хвилі, кПа. 

Елементи об’єкта

Руйнування

Слабке

Середнє

Сильне

Виробничі, адміністративні будинки і спорудження

1.Масивні промислові будинки з металевим каркасом і крановим устаткуванням

20-40

40-50

50-60

2. Бетонні і залізобетонні будинки і будинки антисейсмічної конструкції

25-80

80-100

120-200

3. Будинки з легким металевим каркасом

10-20

20-30

30-50

4. Будинки із збірного залізобетону

10-20

20-30

30 і більш

5. Цегельні виробничі будинки

10-20

20-35

35-45

6. Будинки трансформаторної підстанції

10-20

20-40

40-60

7. Цегельні житлові будинки

8-15

15-25

25-35

8. Дерев’яні будинки

6-8

8-12

12-20

9. Будинки ГЕС (ТЕЦ)

50-100

100-200

200-300

Деякі види устаткування

1. Верстати важкі, контактні печі

25-40

40-60

60-70

2. Верстати середні, електролітичні ванни

15-25

25-35

35-45

3. Верстати легкі

6-12

12-15

15-25

4. Підйомно-транспортне устаткування

20-50

50-60

60-80

5. Трансформатори і генератори

30-40

40-60

60 і більш

6. Відкриті розподільні пристрої

15-25

25-35

35 і більш

7. Масляні вимикачі

10-20

20-30

30 і більш

8. Контрольно-вимірювальна апаратура (прилади)

5-10

10-20

20-30

Комунально-енергетичні мережі

1. Газгольдери і наземні резервуари для ПММ і хімічних речовин

15-20

20-30

30-40

2. Підземні металеві і залізобетонні резервуари

20-50

50-100

100-200

3. Наземні металеві резервуари

30-40

40-70

70-90

4. Розподільні пристрої і допоміжне електроустаткування електростанцій

30-40

40-60

60-80

5. Кабельні підземні лінії

200-300

300-600

600-1000

6. Кабельні наземні лінії

10-30

30-50

50-60

7. Повітряні лінії високої напруги

25-30

30-50

50-70

8. Повітряні лінії низької напруги

20-60

60-100

100-160

9. Трубопроводи наземні

20-50

50-130

130 і більш

10. Трубопроводи на металевих  і залізобетонних естакадах.

20-30

30-40

40-50

Висновки:

1. При заданих вихідних даних цех нестійкий до ударної хвилі, так як РФmin  Pфlim (30 кПа  20кПа).

2. Доцільна межа стійкості за економічними розуміннями приймається 30кПа.

3. При 30кПа, максимальному можливому надлишковому тиску, цех нестійкий у роботі.

Пропозиції. Для підвищення стійкості цеху до 30кПа необхідно підвищити стійкість споруд цеху пристроєм контрфорсів, підкосів, додаткових рамних конструкцій; кабельну електромережу і повітропроводи прокласти під землею; уразливі вузли кранів і кранового устаткування закрити захисними кожухами; установити додаткові колони кранів. 

Таблиця 4.4

Вихідні дані для оцінки стійкості до впливу ударної хвилі

при вибуху звичайних вибухових речовин 

Найменування

Варіанти

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Маса вибухових речовин, т

4,5

4

3,5

3

2,5

2

1,5

5

5,5

6

Відстань від будинку цеху, м

100

100

95

90

85

80

70

100

110

110

Будинок цеху

Безкаркасна конструкція

З легким металевим каркасом

Устаткування цеху

Верстати важкі і середні

Верстати середні і легкі

Кранове устаткування, контрольно-вимірювальні прилади (не захищені)

Лінія електропостачання кабельна наземна

Найменування

Варіанти

 

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

 

Маса вибухових речовин, т

6,5

7

8

10

12

15

17,5

20

25

7,5

 

Відстань від будинку цеху, м

115

120

125

135

145

135

145

150

160

120

 

Будинок цеху

З легким металевим каркасом

Зі збірного залізобетону

 

Устаткування цеху

Верстати середні і легкі

Верстати важкі і легкі

 

Кранове устаткування, контрольно-вимірювальні прилади (не захищені)

 

Лінія електропостачання кабельна наземна

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблиця 4.5

Вихідні дані для оцінки стійкості до впливу ударної хвилі

при вибуху ємності з метаном 

Найменування

Варіанти

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Маса ємності з метаном, т

100

750

50

40

30

15

20

150

200

5

Відстань до будинку цеху, м

500

400

200

400

350

250

300

500

600

100

Будинок цеху

З легким металевим каркасом

Зі збірного залізобетону

Устаткування цеху

Контрольно-вимірювальні прилади (не захищені)

Трубопроводи на металевих естакадах. Трубопроводи наземні

Верстати середні і легкі

Верстати середні і важкі

Наземна кабельна лінія

Таблиця 4.6

Вихідні дані для оцінки стійкості до впливу

ударної хвилі при ядерному вибуху 

Найменування

Варіанти

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Вид вибуху

Наземний

Потужність вибуху, кт

50

100

200

300

500

1000

2000

50

100

200

Відстань, км

2,4

2,9

3,4

4,0

4,8

5,8

7,4

3,1

3,6

4,2

Ймовірне відхилення, км

0,125

0,25

Будинок ТЕС

Масивне промислове з металевим каркасом

Допоміжні споруди

Цегельні без каркасні

Обладнання

Блокові трансформатори, відкриті розподільні пристрої

Генератори 300 кВт, електродвигуни, масляні вимикачі

Повітряні лінії високої напруги

Таблиця 4.7

Вихідні дані для оцінки стійкості до впливу

ударної хвилі при вибуху ємності з пропаном 

Найменування

Варіанти

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Маса ємності з пропаном, т

150

200

250

300

350

400

450

500

20

15

Відстань до РПП, м

500

500

600

700

700

800

800

900

300

250

Будинок ЗРУ

Зі збірного залізобетону

Цегельне

Устаткування

Осередку КРУ (по стійкості відповідають середнім верстатам) Трансформатори, масляні вимикачі, повітряна лінія високої напруги

Таблиця 4.8

Вихідні дані для оцінки стійкості до впливу

ударної хвилі при вибуху ємності з бензином 

Найменування

Варіанти

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Об’єм резер-вуара з бензином, м3

2000

1000

1000

1000

1000

1000

1000

1000

1000

1000

Заповнення ємності бензином, %

60

46,5

52

57

62,5

70

73

64

69

75

Масова частка бензину в паровій фазі, %

2,5

2,5

2,5

2,5

2,5

2,5

2,5

3

3

3

Відстань, м

200

200

200

200

200

200

180

200

200

200

Будинок цеху

Промисловий з металевим каркасом

З легким металевим каркасом

Устаткування цеху

Контрольно-вимірювальні прилади (не захищені)

Верстати важкі і середні

Середні і легкі

Трубопроводи на залізобетонних естакадах. Трубопроводи наземні

Наземні, кабельні лінії.

  

5. ОЦІНКА СТІЙКОСТІ РОБОТИ ОБ’ЄКТА І ЙОГО ЕЛЕМЕНТІВ ДО ПОРАЖАЮЧОГО ВПЛИВУ ПРОНИКАЮЧОЇ РАДІАЦІЇ 

Критерієм стійкості роботи електронних, електронно-оптичних систем і приладів до впливу проникаючої радіації є максимально припустимий потік нейтронів Фп, експозиційна доза Dγ і потужність експозиційної дози Pγ гамма-випромінювання, при яких починаються зміни параметрів елементів, але робота систем (приладів) ще не порушується (табл.5.1).

Таблиця 5.1

Величини параметрів проникаючої радіації, при яких елементи

радіоелектронної апаратури починають змінювати свої характеристики

Елементи радіоапаратури

Потік нейтронів, н/м2

Доза 
гамма-випромінювання Р

Потужність дози гамма-випромінюванняР/с

Транзистори загального призначення

1015…1018

104...106

105

Мікросхеми

5 ·1015

105

104

Інтегральні схеми

1017…1021

5 ·105

105

Радіолампи

9 ·1019

 

5 ·106

Конденсатори

1018…1021

107…109

105

Резистори

2 ·1019

107…109

106

Транзистори

-

-

107

Іскрові розрядники

-

106

105

Випрямлячі

5 ·1016

106

5 ·105

Фотоелементи, сонячні батареї

1017

105…106

103

Електричні батареї

-

-

5 ·106

Магнітні матеріали

1019

-

107

Напівпровідники

1016…1017

105…106

-

Приклад 5.1 Вхідні данні: Оцінити стійкість роботи об’єкта і його елементів до поражаючого впливу проникаючої радіації ядерного вибуху. Можлива потужність ядерного вибуху q; вид і висота вибуху H; відстань від передбачуваного центра (епіцентру) ядерного вибуху Rг; ймовірне відхилення боєприпасів Е; радіоелементи, що входять до складу радіоелектронної апаратури і їхня радіаційна стійкість; коефіцієнт послаблення радіації будівлею, у якій розташована радіоелектронна апаратура.

Рішення. Розраховують мінімальну можливу відстань (м) від передбачуваного центру (епіцентру) ядерного вибуху за формулою(5.2) 

Rmin = Rг – 3,2E

(5.2)

Розраховують максимальні можливі величини. 

а) Потік нейтронів (н/м2 ) кількісно визначають за формулою (5.3) 

де q  –  тротиловий еквівалент, кт;

ρв / ρвo  –  відношення щільності повітря на висоті вибуху до щільності повітря біля поверхні землі (табл.5.2);

Кпосл  – коефіцієнт послаблення (табл.5.3). 

Таблиця 5.2

Відношення густини повітря на різних висотах до густини біля землі 

Висота, км

ρв / ρвo

Висота, км

ρв / ρвo

0

1

5

0,601

1

0,907

8

0,428

2

0,822

10

0,337

3

0,742

15

0,156

4

0,669

 

 

Таблиця 5.3

Значення коефіцієнта послаблення проникаючої радіації будівлями і спорудами 

Будівлі, споруди

Kпocл

Виробничі одноповерхові будівлі

5

Виробничі й адміністративні триповерхові будівлі

4

Підвал (камяне житло триповерхове)

300

Кам'яні двоповерхові будівлі

7

Підвал (камяне житло двохповерхове)

55

б) Потужність дози гамма-випромінювання (Р/с) обчислюється за формулою (5.4)

в) Дозу гамма-випромінювання, що є сумою відповідно миттєвого, осколкового і захватного випромінювання визначають за формулою (5.5) 

Dγ = Dмит + Dоск + Dзахв

(5.5)

Миттєве гамма-випромінювання виділяється за десятки мікросекунд у момент ядерного вибуху, тобто поділу ядер урану або плутонію. Ця величина розраховується за формулою (5.6) Його роль у поражаючій дії проникаючої радіації незначна.

Осколкове гамма-випромінювання створюється осколками ядерного пального і визначається за формулою (5.7). Час його дії складає 10-25 с.

Захватне гамма-випромінювання утворюється в результаті захоплення нейтронів продуктами ядерного вибуху і повітрям і є основним джерелом гамма-випромінювання і визначається за формулою (5.8)

Визначають радіоелементи, що входять до складу радіоелектронної апаратури, і їхню радіаційну стійкість (див. табл. 5.1). 

Визначають можливість виходу з ладу елементів радіоелектронної апаратури за умовами:

Фп  Фп доп;              D  D доп;                 P  P доп ;

Визначають, у скільки разів можливі величини параметрів проникаючої радіації перевищують  допустимі за формулами (5.9), (5.10), (5.11). 

KD = D / D доп

(5.9)

 

Kn  = Фп / Фп доп

(5.10)

 

KP = P / P доп

(5.11)

За графіком (рис.5.1) визначають товщину шару матеріалу, необхідного для послаблення поражаючої дії проникаючої радіації.

Отримані дані записують у табл. (5.4), аналізують, роблять висновки і розробляють пропозиції по підвищенню стійкості роботи до впливу проникаючої радіації. 

Таблиця 5.4

Результати оцінки стійкості радіоелектронної апаратури об’єкта

до впливу проникаючої радіації 

Параметри

Розрахункові Пр,

(з урахуваннямКпосл=5)

Допустимі Пдоп

Прдоп

Кпосл=1

Кпосл=5

Інтегральні схеми

Фп , н/м2

6·1015

1·1017

5·1017

1,2·10-2

P , Р/с

3,7·107

1·105

5·105

74

D , Р

213,7

5·105

2,5·106

8,5·10-5

Мікросхеми

Фп , н/м2

6·1015

5·1015

2,5·1016

2,4·10-1

P , Р/с

3,7·107

1·104

5·104

740

D , Р

213,7

1·105

5·105

4,3·10-4

Випрямлячі

Фп , н/м2

6·1015

5·1016

2,5·1017

2,4·10-2

P , Р/с

3,7·107

5·105

2,5·106

14,8

D , Р

213,7

1·106

5·106

4,3·10-5

 

 

 

 

 

 

Приклад 5.2. Оцінити стійкість електронного устаткування автоматичної системи управління (АСУ) складального цеху заводу при впливі проникаючої радіації від вибуху нейтронного боєприпасу.

Вихідні дані. Віддалення цеху від ймовірної точки прицілювання Rг 1,1 км; потужність боєприпасу =5 кт, ймовірне відхиленнябоєприпасу від точки прицілювання Е = 31 м, вид вибуху  –  повітряний на висоті 2 км. АСУ встановлена в одноповерховій виробничій будівлі. До складу електронної системи входять інтегральні схеми, мікросхеми, випрямлячі.

Рішення. Визначимо мінімальну відстань до ймовірного центру вибуху за формулою (5.2):

Rmin = Rг – 3,2E = 1100 - 3,2 ·311000 м. 

Розрахуємо максимальні параметри проникаючої радіації, очікувані на об'єкті при ядерному вибуху з урахуванням коефіцієнта послаблення будівлі цеху(Kпосл=5) 

а) Потік нейтронів за формулою (5.3)

=  6 1015 н/м2

З урахуванням вибуху нейтронних боєприпасів потік нейтронів буде в 10 разів більшим і складе 6·1015 н/м2.

б) Потужність дози гамма-випромінювання за формулою (5.4)

=  3,7 107 Р/с

в) Дозу гамма-випромінювання

для миттєвого випромінювання за формулою (5.6)

=  3,7 Р

для осколкового гамма-випромінювання за формулою (5.7)

=  1,410Р

для захватного гамма-випромінювання за формулою (5.8)

=  0,7·10Р

Повну дозу гамма-випромінювання за формулою (5.5)

D = 3,7 +140 +70 = 213,7 Р.

За табл. (5.1) визначимо граничні параметри проникаючої радіації, при яких радіоелементи, що входять у блоки системи АСУ, починають змінювати свої параметри. 

Інтегральні схеми:

за потоком нейтронів 1017 н/м 2;

за дозою гамма-випромінювання 5·105 Р;

за потужністю дози гамма-випромінювання 105 Р/с 

Мікросхеми:

за потоком нейтронів 5·1015 н/ м2;

за дозою гамма-випромінювання 105 Р;

за потужністю дози гамма-випромінювання 104 Р/с. 

Випрямлячі:

за потоком нейтронів 5·1016 н/ м2;

за дозою гамма-випромінювання 106 Р;

за потужністю дози гамма-випромінювання 5·105 Р/ с.   

Отже, граничними параметрами проникаючої радіації (з урахуванням коефіцієнта послаблення будівлі Кпосл = 5) для системи АСУ є:

за потоком нейтронів 2,5·1016 н/ м2;

за дозою гамма-випромінювання 5·105 Р;

за потужністю дози гамма-випромінювання 5·104 Р/с. 

Визначимо можливість виходу системи з ладу.

за потоком нейтронів Фп = 6·1015 н/м< Фп доп = 2,5·1016 н/ м2

за дозою гамма-випромінювання D = 213,7 Р < D доп = 5·105 Р

за потужністю дози гамма-випромінювання P = 3,7 ·107 Р/с  > P доп = 5·104 Р/с

Отже, система АСУ нестійка в роботі до впливу потужності дози гамма-випромінювання.

Визначимо, у скільки разів можливі величини параметрів перевищують допустимі, за формулами (5.9)-(5.11): 

KD = D / D доп   = 213,7 /5·105  = 4,3 · 10-4

Kn  = Фп / Фп доп  = 6 ·1015 /2,5·1016 = 2,4 · 10-1

KP = P / P доп     = 3,7 ·107/104 = 740 

Визначимо параметри екрана для захисту АСУ від гамма-випромінювання за рис 1:

hγ = 90 см залізобетону. 

Отримані дані запишемо в табл. (5.4). 

Висновки:      

1. АСУ цеху нестійка до впливу проникаючої радіації від вибуху нейтронного боєприпасу.

2. Для забезпечення стійкості роботи АСУ необхідно захистити її залізобетонним екраном товщиною 90 см. 

Таблиця 5.5

Вихідні дані для оцінки стійкості до впливу проникаючої радіації 

Параметри

Варіанти

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Потужність нейтронного боєприпаси,кт

6

7

8

5

10

5

5

6

5

10

Відстань, км

1,5

1,7

1,8

1,4

2,6

1,8

1,1

1,4

1,8

2,2

Ймовірне відхилення, м

100

250

250

125

500

250

125

125

250

250

Висота вибуху, км

3

4

4

2

2

2

2

4

4

2

Склад електронного обладнання

Інтегральні схеми, мікросхеми, випрямлячі, фотоелементи

 

6. ОЦІНКА СТІЙКОСТІ РОБОТИ ОБ’ЄКТА І ЙОГО ЕЛЕМЕНТІВ ДО ВПЛИВУ ЕЛЕКТРОМАГНІТНОГО ІМПУЛЬСУ

Для оцінки стійкості об’єкту від ЕМІ необхідні дані: тротиловий еквівалент ядерного вибуху, вид ядерного вибуху, ймовірне відхиленнябоєприпасу від точки прицілювання (ці дані поступають з вищестоящого штабу ЦО), координати об’єкту та його елементів, характеристика електричних та електронних систем об’єкту та його елементів (довжина провідних та кабельних ліній, розміри струмопровідних елементів, робоча напруга, електронні системи та їх елементи).

Визначають мінімально можливу відстань від центра (епіцентру) ядерного вибуху (км) по формулі:

Rmin = R-3.2E,

 

Розраховують максимально можливу напруженість електричного поля:

вертикальні складові за формулою, горизонтальні складові – за формулою, де ЕВ, Eг – напруженість електричного поля, В/м;

Rmin – відстань від центра (епіцентру) ядерного вибуху, км;

q – потужність ядерних боєприпасів, кт;

К – коефіцієнт асиметрії, залежить від висоти вибуху і визначається за графіком залежності К від висоти вибуху (рис. 6.1) 

К – коефіцієнт асиметрії щодо наземного вибуху, Н – висота вибуху.

Рисунок 6.1 – Приближені значення коефіцієнту асиметрії щодо наземного вибуху, як функція висоти. 

Визначають напругу за наступними формулами: 

Uв = Eв  h,     

 

 

Ur = Er  I,       

 

де Uв(Ur) – напруга, що може виникнути у вертикальних (горизонтальних) незахищених провідниках і кабелях, В;

h, () – висота (довжина) провідника чи кабелю, м.

Визначають допустиме напруження наводок (В) за формулою, де Uр –робоча напруга, У;

Uр% - припустиме коливання напруги в мережі, %

Порівнюють розрахункове допустиме напруження Uпр~ з імпульсним UвUr, при якому випробувався кабель.

Якщо  то кабель зберігається, у противному випадку необхідно прийняти міри захисту від впливу ЕМІ.

Розраховують ефективність захисту. Оскільки наводиться напруга у кабельних лініях прямо пропорційно напрузі електричного поля ЕМІ, то ефективність екрану кабелю знайдемо за формулами: 

Экаб = UB/Uпр,

 

 

Э каб  = Ur/Uпр,

 

По напруженості електричного поля Еі, мінімальній відстані від центру вибуху Rmin та тривалості імпульсу  визначають енергію імпульсу (Дж) по формулі: 

W = EB2R-2min  /30,

 

де - тривалість імпульсу, приймаємо рівною 150-200 мкс.

Порівнюючи стійкість роботи схеми по таблиці (6.1) з величиною енергії імпульсу, визначають можливість іі виходу з ладу і величину, до якої доцільно підняти поріг стійкості шляхом установки екрану.

Таблиця 6.1

Максимальні енергії імпульсу, що не викликають

збоїв у роботі радіоелектронної апаратури (Wex) 

Енергії імпульсу,Дж

Найменування елементів, схем

10-3

Могутні транзистори, тонко плівкові резистори, діоди Вінера, конденсатори плівкові

10-4

Транзистори середньої потужності, конденсатори, діоди

10-5

Малопотужні транзистори, біполярні інтегральні схеми, мікросхеми

10-6

Лінійні інтегральні схеми

10-7

Зверхчастотні діоди, пристрої оперативної пам’яті, плата з логічними елементами

10-8

Підсилювачі

Тому енергія, що виділилась в елементах схеми при дії ЕМІ пропорційна квадрату напруженості поля ЕМІ, то ефективність екрану, що забезпечує збільшення порогу стійкості визначається за формулою, де Wex – поріг стійкості схеми до впливу ЕМІ, Дж.

Товщину екрана визначають за формулою, де - еквівалентна глибина проникнення для різних екрануючих матеріалів (табл. 6.2)

г – відносна магнітна проникність, (табл.. 6.3).

m – коефіцієнт форми екрану (для прямокутного m=1, для циліндричного m=2; для сферичного m=3);

D – діаметр екрану, мм.

Таблиця 6.2

Еквівалентна глибина проникнення  для різних матеріалів, що екранують

Частота

Мідь

Латунь

Алюміній

Сталь

Пермалой

г=100

г=200

102

6,700

12,400

8,800

1,590

1,100

0,370

5102

4,300

8,150

5,800

1,045

0,775

0,225

103

2,100

3,900

2,800

0,500

0,350

0,120

5103

1,385

2,570

1,840

0,330

0,230

0,079

104

0,670

1,240

0,880

0,159

0,110

0,037

2104

0,578

1,070

0,760

0,137

0,095

0,032

4104

0,486

0,900

0,640

0,115

0,080

0,027

6104

0,394

0,730

0,520

0,093

0,065

0,022

8104

0,302

0,560

0,400

0,071

0,050

0,017

105

0,210

0,390

0,280

0,050

0,035

0,012

Отримані дані записуються в таблицю (6.4), їх аналізують, роблять висновки і розробляють пропозиції по підвищенню стійкості.

Таблиця 6.3
Електрофізичні параметри деяких металів 

Метал

Питомий опір 1 (Ом мм2)/м

Питома провідність G, См/м

Відносна магнітна проникність г

Коефіцієнт матеріалу екрана А, м Гц І/2

Мідь

0,0175

5,7107

1

6,710-2

Латунь

0,06

16,6106

1

12,410-2

Алюміній

0,03

33106

1

8,810-2

Сталь

0,01

10106

100

200

105910-2

1,110-2

Пермалой

0,065

1,54106

12000

0,3710-2

 Таблиця 6.4

Результати оцінки стійкості механічного цеху до впливу

електромагнітного імпульсу ядерного вибуху 

Елементи

Межа стійкості

Максимальна напруженість електричного поля, В/м

Максимальна напруга, що наводиться, В

Максимальна енергія наведень ЕМІ,Дж

Результати

Допустиме напруження наведень, В

Допустима енергія наведень,Дж

Необхідна ефективність екрану

Розрахункова товщина екрана, мм

Мережаелектро-

живлення верстатів

437

 

1580

2370

 

 

 

5,4

0,17

Мережа харчування, системи керування

242

 

1580

3160

 

12,5

0,28

Пульт і блоки керування верстатами (мікросхеми)

 

10-5

1580

 

482,6

6950

1,17

Приклад 6.1. Потрібно оцінити стійкість роботи механічного цеху до впливу ЕМІ ядерного вибуху.

Вихідні дані: завод розташований на відстані 7 км від ймовірної точки прицілювання R = 7 км; очікувана потужність боєприпасу q = 1000 кт; вибух наземний; ймовірне відхилення боєприпасу від точки прицілювання Е = 0,5 км; у цеху установлені верстати програмного керування. Елементи піддаються впливу ЕМІ. Тривалість імпульсу  = 200 мкс.

Електроживлення верстатів здійснюється від підстанції по кабелю довжиною І1 = 100 м. Кабель має вертикальні відгалуження до електродвигунів висотою h = 5м. Робоча напруга Uр1 = 380 В. Припустиме коливання напруги Uр1 = 15%.

Система програмного керування верстатами складається з пульту керування, що розводить мережі і блоки керування. Пульт і блоки керування виконані на мікросхемах і мають сферичну форму діаметром 100 мм. Живлення від загальної мережі напругою Uр2 = 220 В через трансформатор. Припустиме коливання напруги Uр2 = 15%. Розводяща мережа має горизонтальні лінії довжиною І2 = 50 м і вертикальні відгалуження висотою h2 = 2 м.

Рішення. Визначити можливу мінімальну відстань від центру вибуху до механічного цеху можна за формулою (6.1) 

Rmin = 7-3.20,5=5,4 км 

Розрахувати очікувані на об’єкті максимальні значення вертикальної Ев і горизонтальної Ег складових напруженості електричного поля при коефіцієнті асиметрії, рівним для наземного вибуху К = 1(мал. 6.1), по формулах (6.2), (6.3).

Визначити максимальну очікувану напругу наведень за формулами (6,4), (6,5)

- у системі електроживлення верстатів 

Uв = 15801,5 = 2370 В,  Uг = 3,2100 = 320 В 

- у системі програмного керування 

Uв = 15802 = 3160 В,   Uг = 3,250 = 160 В 

Визначити допустиме напруження наведень по формулі (6.6)

- у системі живлення верстатів

- у системі програмного керування

Порівняти розрахункове допустиму напруженість Uпр з імпульсним Uв, Uг.

- у системі живлення верстатів 

Uг =320 B  Uпр = 473 B;

Uв = 2370 B  Uпр = 437 B; 

- у системі програмного керування 

Uг =160 B  Uпр = 253 B;

Uв = 3160 B  Uпр = 253 B; 

Отже, від напруги, що наводиться у вертикальних мережах, система електроживлення верстатів і система програмного керування верстатами можуть вийти з ладу. Необхідно прийняти заходи захисту від впливу ЕМІ.

Визначимо ефективність екрана по формулі (6.7)

- у системі живлення верстатів 

- у системі керування верстатами

Розраховуємо енергію імпульсу W по формулі (6.9) 

W = 15802 5,4-2 210-4/30 = 485,3 Дж 

По таблиці (6.4) визначити можливість виходу з ладу блоків і пульта керування.

Максимальна енергія ЕМІ, що не викликає збоїв у роботі мікросхеми, Wпр = 10-5 Дж, а енергія ЕМІ при ядерному вибуху в районі їх розташування W = 485,3 Дж. Отже, пульт керування і блоки керування верстатами можуть вийти з ладу. Потрібен захист.

Визначаємо ефективність екрана за формулою (6.10)

Визначаємо товщину екрана по формулі (6.11):

- для системи живлення верстатів екран зі сталі з відносною магнітною проникністю г = 100, циліндричної форми, діаметром 40 мм, для ЕМІ частотою 2104Гц.

- для системи керування екран зі сталі з відносною магнітною проникністю г = 100, циліндричної форми, діаметром 10 мм, для ЕМІ частотою 2104Гц.

- для пульта і блоків керування екран зі сталі з відносною магнітною проникністю г = 100, сферичної форми, діаметром 100 мм, для ЕМІ частотою 2104Гц.

Отримані дані записують в таблицю (6.4).

Висновки: 1. Система живлення верстатів, пульта і блоків керування нестійкі в роботі до впливу ЕМІ ядерного вибуху.

2. Пульт і блоки керування верстатами нестійкі в роботі до впливу ЕМІ ядерного вибуху.

Для підвищення стійкості систем живлення, пульту і блоків керування необхідно захистити їх екраном, тобто системи живлення верстатів, пульту і блоків керування прокласти в сталевих трубах, які заземлити. Пульт і блоки керування захистити сталевим екраном товщиною 1,2 мм. 

Таблиця 6.5

Вихідні дані для оцінки стійкості роботи цеху від ЕМІ 

Параметри

Варіант

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Потужність наземного вибуху,q, кт

2000

1000

500

300

200

100

50

2000

1000

500

Ймовірне відхилення, Е, км

0,125

0,5

Відстань Rrкм

6,7

5,4

4,4

3,9

3,4

2,9

3,4

8,6

7,1

6,6

Живлення обладнання

Від мережі перемінного струму напругою 38015%

Горизонтальні ділянки, м

75

150

Вертикальні ділянки, м

0,8

1,5

Система АСУ

Живлення мікросхем 12 В10%

Блоки та пульт управління виконані на мікросхемах. Живлення від мережі перемінного струму напругою 22010%

Горизонтальні ділянки, м

50

75

Вертикальні ділянки, м

1,4

1,2

Струмопроводящі елементи мікросхем, м

0,01

0,05

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7. ІНЖЕНЕРНИЙ ЗАХИСТ РОБІТНИКІВ І СЛУЖБОВЦІВ ОБ’ЄКТУ

В НАДЗВИЧАЙНИХ СИТУАЦІЯХ 

7.1 Розрахунок захисних споруд та їх обладнання

Для розрахунку захисних споруд та їх обладнання необхідні наступні вихідні дані:

-  - максимальний надлишковий тиск ударної хвилі, кПа;

- Vс.в. – швидкість середнього вітру, що переважає в районі розташування об’єкту, км/год;

с.в. – азімут середнього вітру, град;

- Rч – віддалення об’єкту від центру вибуху, км;

- кліматичні умови району розташування об’єкта;

- загальна кількість робітників та службовців в найбільшій зміні, в тому числі жінок;

- схема розташування робочих дільниць на об’єкті та розподілення робочого персоналу по них;

- можлива пожежна обстановка на об’єкті. 

Визначення захисних властивостей захисних споруд

На цьому етапі розраховується необхідна міцність та ступінь послаблення радіації захисними спорудами: Необхідна міцність захисного спорудження  визначається максимальним надлишковим тиском, очікуваним на об’єкті.

Конструкції, що огороджують (стіни, перекриття) захисну споруду, повинні забезпечувати послаблення радіоактивного впливу (Кпосл) до допустимого рівня радіації - це такий рівень радіації (R) всередині захисної споруди, при якому доза опромінення (Д) людей, що в ньому вкриваються, не перевищує гранично припустиму (Дприп).

Гранично припустима доза радіації (Дприп) однократного опромінення – 25Р для мирного часу та 50Р (за 4 доби) для воєнного часу.

Необхідний коефіцієнт послаблення радіації визначають за формулою (7.2): де Кр – коефіцієнт, що враховує умови розташування захисного споруди (для вбудованих захисних споруд Кр=4, для окремо стоячих Кр=2);

n – кількість захисних шарів матеріалів перекриттів захисної споруди;

hi – товщина i-го захисного шару, см;

di – товщина шару половинного послаблення, см; (для бетону dб = 5.7, для гранта dгр = 8,1

Визначається можлива максимальна доза опромінювання на відкритій місцевості (Двідкр) території об’єкта при одноразовому опромінюванні за 4 доби за формулою (7.3) 

Двідкр = 5Р1max(tп-0,2-t-к0,2)

(7.3)

де tп – час початку опромінення від моменту вибуху (аварії), год;

tк – час закінчення опромінення від моменту вибуху, год.

Визначаємо необхідний коефіцієнт послаблення сховища (Кпосл потр) за формулою (7.4), при умові, що одноразова доза не повинна перевищувати 50 Р.

Коефіцієнт розрахунковий порівнюється з коефіцієнтом послаблення, що вимагається.

При Кпосл. розрКпосл. вим – за захисними властивостями сховище забезпечує захист виробничого персоналу від впливу радіації, а якщо Кпосл. розр   Кпосл. вим – не забезпечує. 

Вибір типу захисних споруд по ступені захисту

Тип захисної споруди повинен задовольняти вимогам забезпечення надійного захисту людей і економії засобів. Вибір типу захисної споруди зводиться до визначення зони можливих руйнувань, у якій може виявитися об'єкт. За знайденим значенням максимального надлишкового тиску, очікуваного на об'єкті, Рф max робимо вибір типу захисного спорудження за захисними властивостями:

при Рф max від 20 до 30 кПа – ПРУ;

при Рф max  30 кПа – сховища. 

Розрахунок місткості захисної споруди

Загальна місткість захисної споруди повинна відповідати кількості працюючих і визначатися загальною сумою місць для сидіння і для лежання (розрахунок зроблений для сховищ).

Місткість сховища визначається з урахуванням розташування робочих ділянок на території об'єкта і кількості людей, що вкриваються, в радіусі збору, але не менш 150 місць для одного сховища (будувати сховища місткістю менш 150 місць економічно недоцільно) розраховується за формулою (7.5). 

Р = М \ N

(7.5)

де Р – місткість,

М – кількість працюючих,

N – обрана кількість сховищ. (Для даного розрахунку N=1). 

7.2 Визначення об'ємно – планувальних рішень захисної споруди

У сховищах передбачають основні і допоміжні приміщення.

До основних відносяться:

- приміщення для людей, що вкриваються;

- пункти керування (ПК);

- медичні пункти;

- санітарні пости;

- тамбур - шлюзи.

До допоміжних відносяться:

- фільтровентиляційні приміщення;

- санітарні вузли;

- дизельні електростанції (ДЕС); входи, виходи та інші. 

Розрахунок основних приміщень

Приміщення для тих, що вкриваються, будують з розрахунку 0,5 м2 площі підлоги при двох ярусах і 0,4 м2 при трьох ярусах розташування нар на одну людину, що вкривається.

Внутрішній об’єм приміщень повинний бути не менш 1,5 м3 на людину, що вкривається.

При визначенні об’єму приміщень на одну людину, що укривається, враховується об’єм усіх приміщень, за винятком приміщень дизельних електростанцій, тамбурів, розширювальних камер.

У приміщеннях для вкривання повинна бути передбачена установка двох- чи триярусних лав-нар. Нижній ярус – для сидінь з розрахунку 0,45 м х 0,45 м на людину і верхній – для лежання з розрахунку 0,55 м х 1,8 м на людину. Висота лав: першого ярусу - 0,45 м, другого ярусу - 1,4 м, третього ярусу - 2,15 м від підлоги.

Число місць для лежання складає 20 % місткості сховища при двох'ярусному розташуванні пар і 30 % - при триярусному.

Пункти керування передбачають тільки на підприємствах з числом працюючих 600 осіб і більше. Загальне число працюючих на пункті керування не повинно перевищувати 10 осіб. Норма площі на одного працюючого складає 2 м2.

Медичний пункт передбачається в захисному спорудженні при чисельності людей, що вкриваються, 900 - 1200 осіб. Площа - 9 м2 (на кожні 100 осіб, що вкриваються, понад 1200 осіб, площа медичного пункту збільшується на 1 м2). При чисельності менш 900 осіб передбачається санітарний пост площею 2 м2.

Тамбур-шлюз передбачається при одному з входів сховища місткістю 300 - 600 осіб - однокамерний, а в сховищі із місткістю більш 600 осіб - двокамерний. Площа кожної камери 8-10 м2. 

Розрахунок допоміжних приміщень

Площа допоміжних приміщень розраховується в залежності від числа людей, що вкриваються, і встановлюваного в сховище інженерно-технічного обладнання відповідно до норм, приведених у таблиці 7.1. 

Таблиця 7.1

Норми площі, м2 \людину. допоміжних приміщень у сховищі

Характеристики інженерного обладнання

Місткість сховища, людей.

 

 

150

300

450

600

900

1200 і більше

Без ДЕС, без

установок регенерації повітря

0,12

0,12

0,12

-

-

-

Без ДЕС, але з

Установками регенерації повітря

0,15

0,15

0,15

-

-

-

При ДЕС, без

установок регенерації повітря

-

-

0,13

0,13

0,12

0,11

З ДЕС і з

установками регенерації повітря

-

-

0,16

0,16

0,15

0,13

 

7.3 Розрахунок площі захисної споруди

Площа захисної споруди розраховується за формулою (7.6) 

общ = S1+S2+S3+S4+S5+S6

(7.6)

где       S1 – площа приміщення для людей, що вкриваються,

S2 – площа тамбура-шлюзу,

S3 – площа сан. поста,

S4 – площа пункту керування,

S5 – площа мед. пункту,

S6 – площа допоміжних приміщень,

S общ – загальна площа всіх приміщень у зоні герметизації:

- фільтровентиляційні приміщення влаштовуються біля зовнішніх стін захисного спорудження поблизу до входів чи аварійних виходів. Допускається розміщувати їх безпосередньо в приміщенні для людей, що вкриваються;

- санітарні вузли: для жінок встановлюється одна напольна чаша (унітаз) на 75 осіб, що вкриваються, а для чоловіків - одна напольначаша та пісуар на 150 осіб, що вкриваються. Умивальники з розрахунку один на 200 людей, але не менш одного на санітарний вузол;

- приміщення для дизельних електростанцій варто розташовувати біля зовнішньої стіни, відокремлюючи його від інших приміщеньнезгораючою стінкою (перегородкою);

- захисних входів і виходів у захисного спорудження повинно бути не менш двох, розташованих із протилежних сторін. Кількість входів визначається з розрахунку один вхід розміром 0,8 х 1,8 м на 200 осіб чи розміром 1,2 х 2 м на 300 осіб. 

Визначення висоти захисної споруди

Висота приміщень повинна забезпечити внутрішній обсяг не менш 1,5 м3 на людину, що вкривається, і може бути знайдена по формулі (7.7):

h=V/S

(7.7)

де V – загальний потрібний мінімальний обсяг приміщень у зоні герметизації (за винятком дизельних електростанцій, тамбурів, розширювальних камер), м3, визначається за формулою (7.8)

S – площа всіх приміщень у зоні герметизації, м3.

де Р – місткість захисного спорудження. 

7.4. Визначення систем життєзабезпечення

Для забезпечення необхідних умов перебування в захисному спорудженні їх обладнають наступними системами життєзабезпечення:

-  повітропостачання (вентиляція);

- водопостачання;

- каналізація;

- опалення;

- електропостачання.

Система повітропостачання повинна забезпечити очищення зовнішнього повітря і видалення з приміщень тепловиділень та вологи. Розрахунок обладнання звичайно ведеться в двох режимах: робота чистої вентиляції (режим 1) і фільтровентиляції (режим 2).

На об'єктах, де можливі наземні пожежі, сильна загазованість шкідливими речовинами, для підприємств із пожежнонебезпечнимвиробництвом передбачається режим регенерації внутрішнього повітря (режим 3).

Кількість зовнішнього повітря, що подається в сховище, приймаємо:

- по реж. 1 - 720 м3\год. на одну людину;

- по реж. 2 - 28 м3\год. на одну людину;

Для ІІ кліматичної зони       по реж. 1 - 10 м3\год на одну людину, по реж. 2 - 2 м3\год на одну людину.

Для очищення повітря, що подається, по режимах 1 і 2 застосовуються фільтровентиляційні комплекти ФВК-1, а по всім трьом режимам - фільтровентиляційні комплекти ФВК-2. Продуктивність ФВК-1 і ФВК-2 складає:

- по режиму 1 - 1200 м3\год,

 - по режиму 2 - 300 м3\год.

Для забезпечення подачі в сховище необхідної кількості повітря в режимі 1 до ФВК можуть бути додатково встановлені електроручнівентилятори, продуктивність яких складає від 900 до 1300 м3\ч.

Водопостачання, опалення і каналізація сховища здійснюється на базі загальних водопровідних і каналізаційних мереж. Крім цього, передбачається створення аварійного запасу води та приймачів фекальних вод, що повинні працювати незалежно від стану зовнішніх мереж.

Мінімальний запас води в ємностях створюється з розрахунку 6 літрів для питва і 4 літри для санітарно-гігієнічних потреб на кожну людину, що вкривається, на 2 доби.

Електропостачання передбачається від електромережі об'єкта і від захисного джерела дизельної електростанції, що, як правило, установлюється для групи прилеглих сховищ.

У сховищах місткістю до 600 осіб дизельна електростанція не встановлюється. У цих сховищах варто передбачати місцеві джерела освітлення (переносні електричні ліхтарі, акумуляторні світильники та ін.)

У кожному сховищі повинен бути надійний зв'язок: телефон з пунктом керування цивільною обороною підприємства і гучномовці, підключені до міської та місцевої радіотрансляційних мереж. 

Таблиця 7.2

Вихідні дані для розрахунку захисної споруди 

Варіант

Ступінь вогнестійкості виробничих будівель

Категорія

виробництва по пожежній небезпеці

Очікуваний  надлишковий тиск, ,кПа

Очікуваний рівень радіації Р, р/год.

Кількість працівників найбільшої роб. зміни М, людей.

Кількість жінок, %

Умовирозташу

ванняЗС,

Кр

Товщина перекриттів

 

грунт, см

бетон, см

 

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

 

1

I, II, III, IV, V

В, Г, Д

32

21000

560

50

Вбудовані ЗС

50

40

2

те ж саме

те ж саме

35

25000

430

35

45

40

3

те ж саме

те ж саме

32

35000

370

30

60

45

4

те ж саме

те ж саме

37

14300

600

50

50

45

5

те ж саме

те ж саме

40

31200

320

40

60

40

6

те ж саме

те ж саме

45

35600

450

45

65

45

7

те ж саме

те ж саме

43

15000

300

35

60

60

8

те ж саме

те ж саме

47

35500

750

30

40

30

9

те ж саме

те ж саме

35

10000

670

45

30

40

10

те ж саме

те ж саме

32

23000

520

30

40

40