Оценка устойчивости инженерно-технического комплекса

Методическая разработка

к практическому занятию на тему:

Оценка устойчивости инженерно-технического комплекса

объектов энергетики к воздействию электромагнитного импульса ядерного взрыва»

(Шоботов В.М.)

Цель: 1. Закрепление и расширение теоретических знаний по проведению оценки устойчивости объектов энергетики к воздействию электромагнитного импульса (ЭМИ) ядерного взрыва.

2. Приобретение навыков расчета оценки устойчивости объекта энергетики к воздействию ЭМИ ядерного взрыва.

 

Задание на практическое занятие

 

1.Выявить наиболее слабые места и по ним оценить уровень устойчивости объекта энергетики к воздействию ЭМИ.

2.Разработать перечень мероприятий по повышению устойчивости объекта энергетики к воздействию ЭМИ.

 

Порядок выполнения задания

 

1.Ознакомиться с методикой оценки устойчивости инженерно-технического комплекса объектов энергетики к воздействию ядерного взрыва.

2.В соответствии с изученной методикой провести расчет оценки устойчивости объекта энергетики к воздействию ЭМИ (одного из вариантов, представленных в табл.1).

 

Таблица 1.

 

Варианты задач по оценке воздействия ЭМИ

на устойчивость объектов энергетики

 

Вариант	Расстояние, км	Мощность, кт	Длина, м	Допуск	Вариант	Расстояние, км	Мощность, кт	Длина, м	Допуск
l1	L2	l1	l2

 

3.Результаты расчета представить в виде табл.2, выводов и перечня мероприятий по повышению устойчивости объекта энергетики к воздействию ЭМИ ядерного взрыва.

 

 

Таблица 2.

Результаты оценки устойчивости

энергоблока ГРЭС к воздействию ЭМИ

Элементы системы	Допустимые напряжения, В	Напряженность электрических полей, В/м	Наводимые напряжения в токопроводящих элементах, В
Ев	Ег	Vв	Vг
Электроснабжение электродвигателей   Устройство ввода, ЭВМ, блок управления   Разводящая сеть управле-ния исполнительными аг-регатами			3,2 3,2   3,2     3,2		-

Примечание. Результаты воздействия – возможен выход из строя от вертикальной составляющей электрического поля.

 

Выводы: 1. Наиболее уязвимые элементы энергоблока – устройство ввода, ЭВМ, блок управления.

2.Энергоблок неустойчив к воздействию ЭМИ, коэффициент безопасности составляет:

К=20lg(V_г:V_в)=20lg(5,75:40)<<40дБ.

 

П р е д л о ж е н и я по повышению устойчивости энергоблока:

- кабели питания электродвигателей на 380 В поместить в металлические трубы, на вводах к двигателям установить разрядники;

- разводящую сеть управления и кабели ввода информации от датчиков проложить в стальных заземленных трубах;

- устройство ввода, ЭВМ, блок управления разместить в металлических пассивных экранах с коэффициентом безопасности более 40 дБ;

- на вводах ЭВМ, блока управления установить быстродействующие отключающие электронные устройства.

 

МЕТОДИКА ОЦЕНКИ УСТОЙЧИВОСТИ ИНЖЕНЕРНО-ТЕХНИЧЕСКОГО

КОМПЛЕКСА ОБЪЕКТОВ ЭНЕРГЕТИКИ К ВОЗДЕЙСТВИЮ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИМПУЛЬСА ЯДЕРНОГО ВЗРЫВА

 

Электромагнитный импульс как поражающий фактор способен распространяться на десятки и сотни километров по линиям электропередачи, связи, трубопроводам. Он может оказывать воздействие на объекты энергетики там, где ударная волна, световое излучение, проникающая радиация теряют свое значение как поражающие факторы.

Особенно подвержены воздействию ЭМИ радиоэлектронная аппаратура, системы автоматического регулирования, технологические защиты, выполненные на полупроводниковых и интегральных схемах, работающие на малых токах и напряжениях, чувствительные к влиянию внешних электрических и магнитных полей. ЭМИ пробивает изоляцию, выжигает элементы электронных схем, вызывает короткое замыкание, стирает магнитную запись ЭВМ.

Напряженность электромагнитного поля внутри железобетонных зданий и сооружений объектов энергетики может быть недостаточна для того, чтобы вывести из строя аппаратуру, но такие поля в состоянии вызвать кратковременный сбой работы автоматических электронных устройств, средств высококачественной связи, ЭВМ и др.

Таким образом, ЭМИ ядерного взрыва эффективно поражает электротехнические и радиотехнические устройства, поэтому при решении задач повышения устойчивости работы объектов энергетики в военное время необходимо правильно оценить вероятность повреждения имеющихся электротехнических и электронных систем в результате воздействия ЭМИ, найти пути и способы борьбы с последствиями такого воздействия и защиты от проникновения импульсов электромагнитной энергии во внутренние цепи аппаратуры.

В качестве показателя устойчивости элементов системы к воздействию ЭМИ ядерного взрыва принимают коэффициент безопасности К, определяющий отношение предельно допустимого наведенного тока, или U_г к наведенному ЭМИ (дБ):

.

Отдельные элементы системы могут иметь различные значения коэффициентов безопасности, поэтому устойчивость всей системы определяют по минимальному коэффициенту безопасности элемента, входящего в систему. Это значение коэффициента безопасности является пределом устойчивости системы к воздействию ЭМИ ядерного взрыва.

Устойчивость системы к ЭМИ оценивают в следующем порядке:

1.Выявляют ожидаемую ЭМИ-обстановку, создаваемую вероятным ядерным взрывом.

2.Разбивают электронную, электрическую системы на отдельные элементы, выявляют среди них основные, от которых зависит работа всей системы объекта.

3.Определяют чувствительность аппаратуры и ее элементов к ЭМИ, т.е. предельные значения наведенных напряжений и токов, при которых работа системы еще не нарушается.

4.Определяют возможные наведенные токи и напряжение в элементах системы от воздействия ЭМИ.

5.Определяю коэффициент безопасности каждого элемента системы и предел устойчивости всей системы объекта.

6.Анализируют и оценивают результаты расчетов и делают выводы, в которых определяют предел устойчивости системы к воздействию ЭМИ: наиболее уязвимые элементы системы; необходимые инженерно-технические мероприятия, повышающие устойчивость уязвимых элементов и систем в целом.

Удовлетворительные результаты повышения устойчивости работы электронных систем достигаются экранированием наиболее уязвимых элементов, которое должно обеспечивать коэффициент безопасности К≥40дБ.

Рассмотрим пример оценки устойчивости элементов несложной системы автоматического управления энергоблока мощностью 300000кВт к воздействию ЭМИ.

 

ПРИМЕР. Оценить устойчивость работы энергоблока ГРЭС к воздействию электромагнитного импульса (ЭМИ).

Исходные данные: ГРЭС расположена на расстоянии R=5,4 км от вероятного центра взрыва. Ожидаемая мощность ядерного боеприпаса q= 1000 кг, взрыв наземный.

Элементы системы, подверженные воздействию ЭМИ.

1.Питание электродвигателей энергоблока (записаны от распределительного устройства собственных нужд) напряжением 380 и 600 В по подземным неэкранированным кабелям длиной l₁=100 м. Кабели имеют вертикальное отклонение к электродвигателям высотой 1,5 м. Допустимые колебания напряжения сети 15%, коэффициент экранирования кабелей η=2.

2.Система автоматического управления энергоблока состоит из устройства ввода, ЭВМ, блока управления исполнительными органами, разводящей сети управления исполнительными агрегатами.

Устройство ввода, ЭВМ, блок управления выполнены на микросхемах, имеющих токопроводящие элементы высотой 0,05 м. Рабочее напряжение микросхем 5 В. Питание – от общей сети напряжением 220 В через трансформатор.

Допустимые колебания напряжения 15%. Разводящая сеть управления имеет горизонтальную линию l₁=50 м и вертикальные ответвления высотой 2 м к блокам управления. Рабочее напряжение 220 В. Допустимые колебания напряжения 15%. Коэффициент экранирования разводящей сети η=2.

РЕШЕНИЕ: 1.Рассчитаем ожидаемые на ГРЭС максимальные значения вертикальной Ев и горизонтальной Ег составляющих напряженности электрического поля:

2.Определим максимальные ожидаемые напряжения наводок:

- в кабелях, питающих электродвигатели

-

- для разводящей сети управления

- в устройстве ввода, ЭВМ, блока управления

3.Определим допустимые максимальные напряжения сети Vg:

- в кабелях питания электродвигателей

- в разводящей сети управления

в устройстве ввода, ЭВМ, блоке управления

Рассчитанные данные запишем в табл.2.