Защита от перегрузки

Защищает трансформатор от симметричной перегрузки. На трансформаторах с расщепленной обмоткой с двусторонним питанием устанавливается на обеих питающих сторонах, на трансформаторах с расщепленной обмоткой с неравной мощностью обмоток - на всех трех сторонах, во всех остальных случаях - только со стороны ВН. Защита подает сигнал при протекании тока, превышающего номинальный, через обмотки трансформатора. Для отстройки от кратковременных бросков тока нагрузки защита выполняется с выдержкой времени 7 - 9 с.

Контроль изоляции цепей НН

Обеспечивает контроль изоляции цепей НН. Устанавливается на стороне НН напряжением 35 кВ и ниже. Выполняется в виде сигнализации от замыканий на землю в цепи НН. Предусматривается в случаях возможной длительной работы трансформатора без подключения нагрузки к обмоткам НН.

Устройство резервирования при отказе выключателя (УРОВ)

Обеспечивает отключение трансформатора выключателями смежных элементов в случае отказа срабатывания выключателя.

Таблица 9.5. Защиты сборных шин

Название защиты	Описание защиты
Дифференциальная защита шин	Дифференциальная защита шин выполняется на тех же принципах, что дифференциальные защиты трансформаторов и генераторов. Токовые реле подключаются к соединенным параллельно вторичным обмоткам трансформаторов тока, установленных на каждом присоединении. Коэффициенты трансформации всех трансформаторов тока равны. При коротком замыкании на шинах в зоне действия защиты шин по всем линиям ток подтекает к месту КЗ, в реле проходит сумма токов, под действием которой оно срабатывает.
Неполная дифференциальная защита шин	На подстанциях с несколькими источниками питания и тупиковыми ЛЭП дифференциальное реле включается на сумму токов всех источников питания. В нормальном режиме ток нагрузки не попадает в реле, токи в реле не балансируются и в нем протекает остаточный ток равный току суммарной нагрузки всех линий. Защита не действует при Iнаг<Iкз.

9.2 Выбор уставок устройства защиты трехобмоточного трансформатора "Сириус-ТЗ"

9.2.1 Выбор общих параметров дифференциальной защиты

Устройство микропроцессорной защиты "Сирус-ТЗ" предназначено для выполнения функций основной защиты трехобмоточного (либо двухобмоточного с расщепленной обмоткой) трансформатора или автотрансформатора с высшим напряжением 35-220кВ. Также возможно использование в качестве продольной дифференциальной защиты ошиновки с тремя присоединениями.

Продольная дифференциальная защита имеет две ступени: ДЗТ-1 (быстродействующая дифференциальная токовая отсечка) и ДЗТ-2 (чувствительная дифференциальная токовая защита с торможением от сквозного тока и отстройкой от бросков тока намагничивания). Также предусмотрен контроль небаланса в плечах дифференциальной защиты с действием на сигнализацию (ДЗТ-3).

Первичные токи для сторон ВН и НН трансформатора:



Вторичные токи в плечах защиты, определяются по следующим формулам:

При

Рассчитанные базисные токи сторон проверяем на попадание в допустимый диапазон выравнивания, определяемый номинальным током входа устройства. Для базисные токи должны входить в диапазон: (1.01 - 10.00) А.

Значения 5,02 и 6,1 укладываются в указанный диапазон.

9.2.2 Выбор уставок дифференциальной защиты

Расчет уставок чувствительной тормозной характеристики (с учетом действия компенсации небаланса от работы РПН):

Расчетный ток небаланса при протекании тока, равного базисному (в о.е.):

где коэффициент, учитывающий переходный режим при доле двигательной нагрузке менее 50%;

коэффициент однотипности трансформаторов тока, принимается равным 1.0;

относительное значение полной погрешности трансформаторов тока в установившемся режиме принимается равным 0.05;

диапазон регулирования РПН при функционировании подстройки;

коэффициент неточности задания номинальных токов сторон трансформатора.

Выбор уставки срабатывания:

где коэффициент отстройки, равный 1.2;

т.к. диапазон уставки (0.3 - 1.0)Iбаз, то уставку принимаем равной 0.3:

Коэффициент снижения тормозного тока:

Расчетный коэффициент торможения в процентах:

диапазон уставки (10-100)%, то округлив до целого числа:

Значение уставки второй точки излома:

Выбираем из рекомендуемого диапазона уставки: (1.0 - 2.0)IНОМ



Значение уставки блокировки по второй гармонике:

Выбираем из рекомендуемого диапазона уставки: (0.06 - 0.20)

Расчет уставок грубой тормозной характеристики (без учета действия компенсации небаланса от работы РПН):

Расчетный ток небаланса при протекании тока, равного базисному ( в о.е.):

где коэффициент, учитывающий переходный режим при доле двигательной нагрузке менее 50%;

коэффициент однотипности трансформаторов тока, принимается равным 1.0;

относительное значение полной погрешности трансформаторов тока в установившемся режиме принимается равным 0.05;

диапазон регулирования РПН, исходя из реального регулирования;

коэффициент неточности задания номинальных токов сторон трансформатора.

Выбор уставки срабатывания:

где коэффициент отстройки, равный 1.2;

т.к. диапазон уставки (0.3 - 1.0)Iбаз, то уставку принимаем равной 0.4:



Коэффициент снижения тормозного тока:

Расчетный коэффициент торможения в процентах:

диапазон уставки (10 - 100)%;

Значение уставки второй точки излома:

Выбираем из рекомендуемого диапазона уставки: (1.0 - 2.0)IНОМ

Значение уставки блокировки по второй гармонике:

Выбираем из рекомендуемого диапазона уставки: (0.06 - 0.20)

9.2.3 Выбор уставок дифференциальной отсечки

Для обеспечения несрабатывания при всех внешних КЗ первичный ток срабатывания токовой отсечки (ТО) выбирается по условию отстройки от максимального тока в месте её установки при КЗ на стороне НН защищаемого трансформатора. В соответствии с рекомендациями принимаем равными чувствительный и грубый пороги срабатывания.

Максимальный ток внешнего КЗ приведенный к стороне ВН, А:

Расчетный ток максимального внешнего КЗ приведенный к номинальному току трансформатора:

Расчетный ток небаланса при внешнем КЗ:

Выбор уставки срабатывания с учетом отстройки от БНТ и небаланса при внешнем КЗ:

Должно выполняться условие: Iдиф/ Iбаз> IНБ и Iдиф/ Iбаз>6, поэтому принимаем значение равное 8.0;

9.2.4 Проверка чувствительности дифференциальной защиты

Коэффициент чувствительности ДЗТ - 2 должен быть больше 2. Для дифференциальных защит понижающих трансформаторов в качестве расчетного принимается двухфазное КЗ на выводах низшего напряжения. Как показывает опыт, в подавляющем большинстве случаев чувствительность обеспечивается и поэтому производить проверку не целесообразно.

Рассчитаем коэффициент чувствительности для рассматриваемой сети. Расчет производится для грубых уставок.



При проверке чувствительности защиты учитываем, что благодаря направленности торможения при внутренних КЗ тормозной ток отсутствует.

Чувствительность при двухфазном КЗ на стороне НН:

9.2.5 Токовая отсечка

Для обеспечения несрабатывания при всех внешних КЗ первичный ток срабатывания токовой отсечки (ТО) выбирается по условию отстройки от максимального тока в месте её установки при внешнем КЗ на стороне НН защищаемого трансформатора, по следующим формулам:

При

На трансформаторах с расщеплёнными обмотками ток срабатывания ТО выбирается по условию отстройки от тока самозапуска полностью заторможенных ответственных двигателей, подключённых к обеим секциям СН.

При

При выборе ТО обеспечивается (с запасом) отстройка от броска тока намагничивания.

Время срабатывания отсечки при её действии с второй выдержкой времени выбирается из условия согласования с временем действия ДЗ защищаемого трансформатора, по следующим формулам:

При

- ступень селективности.

Эффективность функционирования ТО при внутренних КЗ оценивается коэффициентом чувствительности. Чувствительность ТО проверяется при двухфазном КЗ на выводах ВН трансформатора в минимальном режиме работы системы, по следующей формуле:

В соответствии с требованиями ПУЭ

Ток срабатывания реле ТО, определим по выражению:

При выполнении ТО выбирается число витков насыщающегося трансформатора реле:



При , МДС срабатывания реле

Принимается ближайшее меньшее число витков, которое можно установить на рабочей WР обмотке или на рабочей WР и одной из уравнительных обмоток WУР, [4]. В виду этого обстоятельства WРАСЧ. принимаем равным 39, [4]. Параметры расчета ТО приведены в табл. 2.2.

Таблица 9.9.2

Обозначение величины	Принятое значение	Размерность

9.2.6 Максимальная токовая защита без пуска по напряжению

Для обеспечения несрабатывания МТЗ в режимах без к.з. первичный ток срабатывания МТЗ выбирается из условия обеспечения возврата реле тока защиты после отключения внешнего к.з. в условиях протекания через место установки зашиты максимального тока самозапуска двигателей:

где ;

коэффициент возврата реле тока;

коэффициент, учитывающий увеличение тока самозапуска двигателей за счет увеличения напряжения на шинах с.н. при действии АВР.

Для МТЗ со стороны ВН на ТСН со схемой соединения обмоток Y-Д и схемой соединения ТТ в треугольник с учетом распределения токов в обмотках трансформатора, ТТ и реле при двухфазном к.з:

Недостаточной чувствительности МТЗ выполняется с пуском по напряжению.

Параметры расчета максимальной токовой защиты без спуска по напряжению приведены в табл. 2.3

Табл. 9.9.3

Обозначение величины	Принятое значение	Размерность

Максимальная токовая защита на стороне НН с пуском по напряжению

Первичный ток срабатывания выбирается из условия обеспечения возврата реле тока после отключения внешнего КЗ при протекании через место установки защиты нагрузочного тока, принимаемого равным номинальному току защищаемого ТСН для исключения неправильного действия защиты при неисправностях во вторичных цепях напряжения, когда могут ложно действовать пусковые органы напряжения:

где , - коэффициент возврата реле тока.

Первичное напряжение фильтр-реле напряжения обратной последовательности выбирается из условия отстройки от напряжения обратной последовательности, обусловленного частичной несимметрией первичных напряжений и небалансом фильтра напряжения обратной последовательности в режимах без КЗ:

Напряжение срабатывания минимального реле напряжения выбирается из условия его возврата после отключения внешнегоКЗ, когда напряжение в месте установки пускового органа напряжения защиты равно остаточному напряжению в условиях самозапуска двигателей:

Время срабатывания МТЗ с пуском по напряжению:

Принимаем:

Коэффициент чувствительности защиты:



Ток срабатывания реле:

Напряжение срабатывания фильтра-реле напряжения обратной последовательности:

- коэффициент трансформации трансформатора напряжения на стороне НН ТСН.

Напряжение срабатывания реле минимального напряжения:

.

Параметры расчета максимальной токовой защиты на стороне НН с пуском по напряжению приведены в табл. 2.4



Табл. 9.9.4.

Обозначение величины	Принятое значение	Размерность

9.2.8 Максимальная токовая защита на стороне ВН с пуском по напряжению

Первичный ток срабатывания МТЗ выбирается из двух условий:

а) обеспечения возврата реле тока после отключения внешнего КЗ при протекании через место установки защиты нагрузочного тока, принимаемого равным номинальному току защищаемого ТСН для исключения неправильного действия защиты при неисправностях во вторичных цепях напряжения, когда могут ложно действовать пусковые органы напряжения:

где , - коэффициент возврата реле тока.

б) согласования по чувствительности с другими МТЗ этого же ТСН или с защитами смежных присоединений, резервируемых данной защитой.

где . Принимаем:

Первичное напряжение фильтр-реле напряжения обратной последовательности выбирается из условия отстройки от напряжения обратной последовательности, обусловленного частичной несимметрией первичных напряжений и небалансом фильтра напряжения обратной последовательности в режимах без КЗ:

Напряжение срабатывания минимального реле напряжения выбирается из условия его возврата после отключения внешнегоКЗ, когда напряжение в месте установки пускового органа напряжения защиты равно остаточному напряжению в условиях самозапуска двигателей:

В данной МТЗ используются те же самые пусковые органы напряжения, что и для МТ на стороне НН.

Время срабатывания МТЗ с пуском по напряжению:

Принимаем:

Коэффициент чувствительности защиты:



Ток срабатывания реле:

Напряжение срабатывания фильтра-реле напряжения обратной последовательности:

- коэффициент трансформации трансформатора напряжения на стороне НН ТСН.

Напряжение срабатывания реле минимального напряжения:

Параметры расчета максимальной токовой защиты на стороне ВН с пуском по напряжению приведены в табл. 2.5

Табл. 9.9.5

Обозначение величины	Принятое значение	Размерность



9.2.9 Максимальная токовая защита от перегрузки

Первичный ток срабатывания МТЗ выбирается из условия возврата реле тока после отключения внешнего к.з или исчезновения перегрузки при токе, равном номинальному току защищаемого ТСН или обмотки ТСН:

где , - коэффициент возврата реле тока.

Ток срабатывания реле выбирается по выражению:

Таблица 9.9.6.

Обозначение величины	Принятое значение	Размерность
	7,9



Раздел 10. Индивидуальное задание по экологичности и безопасности. Тема "Негативное воздействие шума и ультразвука и защита от него"

10.1 Введение

Вопросы борьбы с шумом в настоящее время имеют большое значение во всех областях техники, особенно в машиностроении, на транспорте, в энергетике.

Шум на производстве наносит большой ущерб, вредно действуя на организм человека и снижая производительность труда. Утомление рабочих и операторов из-за сильного шума увеличивает число ошибок при работе, способствует возникновению травм. Нередко и в быту человек подвергается воздействию шума недопустимо высоких уровней. Поэтому борьба с шумом является важной народнохозяйственной задачей.

10.2 Физические и физиологические характеристики шума

Шумом является всякий нежелательный для человека звук. В качестве звука мы воспринимаем упругие колебания, распространяющиеся волнообразно в твердой, жидкой или газообразной средах. Звуковые волны возникают при нарушении стационарного состояния среды вследствие воздействия на нее какой-либо возмущающей силы. Частицы среды при этом начинают колебаться относительно положения равновесия, причем скорость таких колебаний (колебательная скорость и) значительно меньше скорости распространения волны (скорости звука с).

Звуковое поле -- эта область пространства, в которой распространяются звуковые волны. В каждой точке звукового поля давление и скорость движения частиц воздуха изменяются во времени. Разность между мгновенным значением полного давления и средним давлением, которое наблюдается в невозмущенной среде, называется звуковым давлением.

При распространении звуковой волны происходит перенос энергии. Средний поток энергии в какой-либо точке среды в единицу времени, отнесенный к единице поверхности, нормальной к направлению распространения волны, называется интенсивностью звука в данной точке. Интенсивность звука обозначается буквой / и измеряется в ваттах, деленных на квадратный метр (Вт/м²).

Величины звукового давления и интенсивности звука, с которыми приходится иметь дело в практике борьбы с шумом, могут меняться в широких пределах: по давлению до 108 раз, по интенсивности до 1016 раз. Естественно, что оперировать такими цифрами довольно неудобно. Наиболее же важно то обстоятельство, что ухо человека способно реагировать на относительное изменение интенсивности, а не на абсолютное. Ощущения человека, возникающие при различного рода раздражениях, в частности при шуме, пропорциональны логарифму количества энергии раздражителя. Поэтому были введены логарифмические величины -- уровни звукового давления и интенсивности, выражаемые в децибелах (дБ).

Величина уровня интенсивности используется при проведении акустических расчетов, а уровня звукового давления -- для измерения шума и для оценки его воздействия на человека, поскольку орган слуха чувствителен не к интенсивности, а к среднеквадратичному давлению.

В том случае, когда в расчетную точку попадает шум от нескольких источников, складываются их интенсивности, но не уровни. Таким образом, при большом числе одинаковых источников заглушение лишь нескольких из них практически не ослабит суммарный шум. Если же на рабочее место попадает шум от разных по интенсивности источников, то снижать необходимо сначала шум более мощных источников.



Рис. 10.1. Кривые равной громкости звуков

Логарифмическая шкала децибел позволяет определить лишь физическую характеристику шума. Однако она построена таким образом, что пороговое значение звукового давления р0 соответствует порогу слышимости на частоте 1 000 Гц.

Слуховой аппарат человека обладает неодинаковой чувствительностью к звукам различной частоты, а именно -- наибольшей чувствительностью на средних и высоких частотах (800--4000 Гц) и наименьшей -- на низких (20--100 Гц). Поэтому для физиологической оценки шума используют кривые равной громкости (рис. 1), полученные по результатам изучения свойств органа слуха оценивать звуки различной частоты по субъективному ощущению громкости, т. е. судить о том, какой из них сильнее или слабее.

Уровни громкости измеряются в фонах. На частоте 1000 Гц уровни громкости приняты равными уровням звукового давления.

Ухо человека может воспринимать только те колебания, частоты которых находятся в пределах от 16--20 до 16 000--20 000 Гц. Ниже 16 Гц и выше 20 000 Гц находятся соответственно области неслышимых человеком инфразвуков и ультразвуков. Зависимость среднеквадратичных значений синусоидальных составляющих шума (или соответствующих им уровней в децибелах) от частоты называется частотным спектром шума (или просто спектром).

Спектры получают, используя анализаторы шума -- набор электрических фильтров, которые пропускают сигнал в определенной полосе частот -- полосе пропускания.

В практике борьбы с шумом, так же как и борьбы с вибрациями, наибольшее распространение получили фильтры с постоянной относительной полосой пропускания, в частности октавные фильтры.

Характер спектра может быть низкочастотным, среднечастотным и высокочастотным.

Низкочастотный спектр -- это спектр шума с максимумом звукового давления в области частот ниже 300 Гц, среднечастотный -- в области 300--800 Гц, высокочастотный -- в области выше 800 Гц.

Спектры шума, так же как и спектры вибрации, бывают дискретными, когда отдельные составляющие отделены друг от друга более или менее значительными частотными интервалами, в которых звука нет. Подобный спектр имеет, например, шум дисковой пилы. Такой шум называется тональным. Для слуха человека тональный шум весьма неприятен.

Шум может быть стабильным и импульсным. Первый характеризуется постоянством уровня звукового давления, второй -- быстрым изменением уровня во времени (более 100 дБ в секунду). Импульсный шум воспринимается- как часто следующие друг за другом удары. Например, шум молотов относится к импульсным шумам. Для восприятия они также неприятны, как и тональные шумы.

10.3 Характеристики источников шума. Действие шума на человека

Любой источник шума характеризуется прежде всего звуковой мощностью.

Звуковая мощность источника Р -- это общее количество звуковой энергии, излучаемой источником шума в окружающее пространство за единицу времени.

Если окружить источник шума замкнутой поверхностью площадью S, то звуковая мощность источника (Вт)

где Jn -- нормальная к поверхности составляющая интенсивности.

Для того чтобы сравнивать шум различных машин друг с другом, производить расчеты уровней звукового давления в проектируемых помещениях, необходимо знать объективные характеристики шума, производимого машиной. Любая машина, будучи установлена в открытом пространстве, в тех или иных закрытых помещениях, создает различные уровни звукового давления, хотя ее звуковая мощность и остается неизменной.

В соответствии с ГОСТ 8.055--73 такими шумовыми характеристиками, которые указываются в прилагаемой к машине технической документации, являются:

1) уровни звуковой мощности шума Lp в октавных полосах частот со среднегеометрическими частотами 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц;

2) характеристики направленности излучения шума машиной. Уровни звуковой мощности Lp (дБ) установлены по аналогии с уровнем интенсивности звука:

ZP = 10lg(P/P0),

где Р -- звуковая мощность, Вт; Р0 -- пороговая звуковая мощность, равная 10 -12 Вт.

Кроме этих характеристик, являющихся основными и получаемых при типовых испытаниях, дополнительными шумовыми характеристиками являются октавные уровни звукового давления на определенном расстоянии от машины и уровни звука на расстоянии 1 м от наружного контура машины. Эти характеристики служат для контрольных испытаний машин по сокращенной программе и сопоставления их результатов с характеристиками машин, определяемыми при типовых испытаниях.

Установлены следующие методы определения шумовых характеристик машин:

1) метод свободного звукового поля; применяется в заглушенных камерах и в помещениях с большим поглощением звука или в открытом пространстве;

2) метод отраженного звукового поля; применяется в реверберационных камерах или в гулких помещениях;

3) метод образцового источника шума; применяется в обычных помещениях, цехах и реверберационных камерах;

4) метод измерения шумовых характеристик на расстоянии 1 м от наружного контура машины; применяется в заглушённых камерах, помещениях с большим звукопоглощением, в открытом пространство.

Наиболее точными методами являются первые два, причем основным методом определения шумовых характеристик машин является испытание в свободном звуковом поле.

В зависимости от уровня и характера шума, его продолжительности, а также от индивидуальных особенностей человека шум может оказывать на него различное действие.

Шум, даже когда он невелик (при уровне 50--60 дБА), создает значительную нагрузку на нервную систему человека, оказывая на него психологическое воздействие. Это особенно часто наблюдается у людей, занятых умственной деятельностью. Слабый шум различно влияет на людей. Причиной этого могут быть: возраст, здоровье, вид труда, физическое и душевное состояние человека в момент действия шума и другие факторы. Степень вредности какого-либо шума зависит также от того, насколько он отличается от привычного шума. Неприятное воздействие шума зависит и от индивидуального отношения к нему. Так, шум, производимый самим человеком, не беспокоит его, в то время как небольшой посторонний шум может оказать сильный раздражающий эффект.

Известно, что ряд таких серьезных заболеваний, как гипертоническая и язвенная болезни, неврозы, в ряде случаев желудочно-кишечные и кожные заболевания связаны с перенапряжением нервной системы в процессе труда и отдыха. Отсутствие необходимой тишины, особенно в ночное время, приводит к преждевременной усталости, а часто и к заболеваниям. В этой связи необходимо отметить, что шум в 30--40 дБА в ночное время может явиться серьезным беспокоящим фактором. С увеличением уровней до 80 дБА и выше шум может оказывать определенное физиологическое воздействие на человека.

Под воздействием шума, превышающего на средних частотах 85--90 дБА, в первую очередь снижается слуховая чувствительность на высоких частотах.

Сильный шум вредно отражается на здоровье и работоспособности людей. Человек, работая при шуме, привыкает к нему, но продолжительное действие сильного шума вызывает общее утомление, может постепенно привести к тугоухости, а иногда и к глухоте.

Действие шума на организм человека нельзя оценивать только по состоянию слуха. Более ранние нарушения наблюдаются в нервной системе и во внутренних органах, а изменение слуха развивается значительно позже.

Слуховой анализатор через центральную нервную систему связан с различными органами жизнедеятельности человека, поэтому шум оказывает влияние на весь организм человека. Под влиянием сильного шума (90--100 дБА) притупляется острота зрения, появляются головные боли и головокружение, изменяются ритмы дыхания и сердечной деятельности, повышается внутричерепное и кровяное давление, нарушается процесс пищеварения, происходят изменения объема внутренних органов.

Воздействуя на кору головного мозга, шум оказывает также раздражающее действие, ускоряет процесс утомления, ослабляет внимание и замедляет психические реакции. По этим причинам сильный шум в условиях производства может способствовать возникновению травматизма.

Эти вредные последствия шума выражены тем больше, чем сильнее шум и чем продолжительнее его действие.

Таким образом, шум вызывает нежелательную реакцию всего организма человека. Эти патологические изменения, возникшие под влиянием шума, рассматривают как "шумовую болезнь".

Звуковые колебания могут восприниматься не только ухом, но и непосредственно через кости черепа (так называемая костная проводимость). Уровень шума, передаваемого этим путем, на 20-- 30 дБ меньше уровня, воспринимаемого ухом. Если при невысоких уровнях передача шума за счет костной проводимости мала, то при высоких уровнях она значительно возрастает и усугубляет вредное действие на человека.

При действии шума высоких уровней (более 145 дБ) возможен разрыв барабанной перепонки. Аудиометрией называется испытание слуха, которое позволяет установить отклонение слуха человека от нормы. Их проводят с целью определения пригодности человека к определенной профессии и для оценки результатов шумового воздействия. Состояние слуха определяется с помощью аудиомера. Оно состоит в следующем: испытуемый, находясь в тихом помещении, через наушники слушает подаваемые чистые топа шума с разной интенсивностью, по показаниям приборов отмечается наименьшая интенсивность, при которой подводимый тон едва различается ухом. Результаты таких измерений изображают на графике, называемом аудиограммой, количественно определяющем потерю чувствительности слуха данного человека по отношению к нормальной чувствительности.



10.4 Нормирование шума. Акустический расчет

Шум механизмов возникает вследствие упругих колебаний как всей машины в целом, так и отдельных ее деталей. Причины возникновения этих колебаний -- механические, аэродинамические и электрические явления, определяемые конструкцией и характером работы механизма, а также технологические неточности, допущенные при его изготовлении и, наконец, условиями эксплуатации. В связи с этим различают шумы механического, аэродинамического и электромагнитного происхождения. Подробно рассмотрим механические шумы.

Механические шумы. Факторы, вызывающие шумы механического происхождения, следующие: инерционные возмущающие силы, возникающие вследствие движения деталей механизма с переменными ускорениями; соударение деталей в сочленениях вследствие неизбежных зазоров; трение в сочленениях деталей механизмов; ударные процессы (ковка, штамповка) и т.д.

Основными источниками шума, происхождение которого не связано непосредственно с технологическими операциями, выполняемыми машиной, являются прежде всего подшипники качения и зубчатые передачи, а также неуравновешенные вращающиеся части.

Частоты колебаний, а следовательно, и шума, создаваемого неуравновешенностью, кратны n/60 (n -- скорость вращения, об/мин).

Спектр шума шарикоподшипников занимает широкую полосу частот. Звуковая мощность Р зависит от скорости вращения машины:



Увеличение скоростей вращения подшипников качения с пх до п2 (об/мин) приводит к возрастанию шума на величину ДL (дБ):

Зубчатые передачи -- источники шума в широком диапазоне частот. Основными причинами возникновения шума являются деформации сопрягаемых зубьев под действием передаваемой нагрузки и динамические процессы в зацеплении, обусловленные неточностями изготовления колес. Шум имеет дискретный характер.

Шум зубчатых передач возрастает с увеличением скоростей вращения колес и нагрузки.

Уменьшение механического шума может быть достигнуто путем совершенствования технологических процессов и оборудования, заменяя устаревшие процессы и оборудование новыми. Например, внедрение автоматической сварки вместо ручной устраняет образование брызг на металле, что позволяет исключить шумную операцию по зачистке сварного шва. Применение фрезерных тракторов для обработки кромок металла под сварку вместо пневмозубил делает этот процесс значительно менее шумным.

Нередко повышенный уровень шума является следствием неисправности или износа механизмов, и в этом случае своевременный ремонт позволяет снизить шум.

Необходимо отметить, что проведение многих мероприятий по борьбе с вибрациями (см. гл. 4) дает одновременно и снижение шума. Для уменьшения механического шума необходимо:

- заменять ударные процессы и механизмы безударными; например, применять в технологическом цикле оборудование с гидроприводом вместо оборудования с кривошипными или эксцентриковыми приводами;

- заменять штамповку прессованием, клепку -- сваркой, обрубку -- резкой и т.д.;

- заменять возвратно-поступательное движение деталей равномерным вращательным движением;

- применять вместо прямозубых шестерен косозубые и шевронные, а также повышать классы точности обработки и чистоты поверхности шестерен; так, ликвидация погрешностей в зацеплении шестерен дает снижение шума на 5--10 дБ, замена прямозубых шестерен шевронными -- на 5 дБ;

- по возможности заменять зубчатые и цепные передачи клиноременными и зубчатоременными; например, замена зубчатой передачи на клиноременную снижает шум на 10--15 дБ;

- заменять, когда это возможно, подшипники качения на подшипники скольжения; такая замена снижает шумы на 10--15 дБ;

- по возможности заменять металлические детали деталями из пластмасс и других "незвучных" материалов, либо перемежать соударяемые и трущиеся металлические детали с деталями из "незвучных" материалов, например, применять текстолитовые или капроновые шестерни в паре со стальными; так, замена одной из стальных шестерен (в паре) на капроновую снижает шум на 10--12 дБ;

- использование пластмасс при изготовлении деталей корпусов дает хорошие результаты. Например, замена стальных крышек редуктора пластмассовыми приводит к снижению шума на 2--6 дБ на средних частотах и на 7--15 дБ -- на высоких;

- при выборе металла для изготовления деталей необходимо учитывать, что внутреннее трение в различных металлах неодинаково, а следовательно, различна "звучность", например, обычная углеродистая сталь, легированная сталь являются более "звучными", чем чугун; большим трением обладают после закалки сплавы из марганца с 15--20% меди и магниевые сплавы; детали из них при ударах звучат глухо и ослабление; хромирование стальных деталей, например турбинных лопаток, уменьшает их "звучность"; при возрастании температуры металлов на 100--150°С они становятся менее звучными;

- более широко применять принудительную смазку трущихся поверхностей в сочленениях, что также снижает их износ;

- применять балансировку вращающихся элементов машин;

- применять прокладочные материалы и упругие вставки в соединениях, чтобы исключить или уменьшить передачи колебаний от одной детали или части агрегата к другой; так, при правке металлических листов наковальню нужно устанавливать на прокладку из демпфирующего материала.

- Установка мягких прокладок в местах падения деталей с конвейера или сбрасывания со станков, прокатных станов может существенно ослабить шум.

- Для уменьшения шума, возникающего при работе галтовочных барабанов, дробилок, шаровых мельниц и других устройств наружные стенки барабана облицовывают листовой резиной, асбестовым картоном или другими подобными демпфирующими материалами.

При вращательном движении тел, например винтов самолета, возникает так называемый шум вращения. Он образуется вследствие того, что тело периодически порождает пульсации давления в каждой точке среды, воспринимаемые как шум.

Звуковая мощность шума вращения также зависит от окружной скорости.

В различных турбомашинах (вентиляторах, компрессорах и т. д.) шум вращения значительно ниже по интенсивности, чем вихревой шум и шум от неоднородности, и поэтому может не учитываться.

При планировке предприятия наиболее шумные цехи должны быть сконцентрированы в одном-двух местах. Надлежащее расстояние между шумными цехами и тихими помещениями (заводоуправление, конструкторские бюро и т. п.) должно обеспечивать необходимое снижение шума.

Если предприятие расположено в черте города, то эти шумные цеха должны быть расположены в глубине предприятия, по возможности дальше от жилых домов. Внутри самого здания тихие помещения необходимо располагать вдали от шумных так, чтобы их разделяло несколько других помещений или ограждение с хорошей звукоизоляцией.

Ранее было показано, что интенсивность шума в помещениях зависит не только от прямого, но и от отраженного звука. Поэтому если нет возможности уменьшить прямой звук, то для снижения шума нужно снизить энергию отраженных волн. Этого можно достичь, увеличив эквивалентную площадь поглощения А помещения, путем размещения на его внутренних поверхностях звукопоглощающих облицовок, а также установки в помещении штучных звукопоглощателей. Это мероприятие называется акустической обработкой помещения.

Свойствами поглощения звука обладают все строительные материалы. Однако звукопоглощающими материалами и конструкциями принято называть лишь те, у которых коэффициент звукопоглощения а на средних частотах больше 0,2. У таких материалов, как кирпич, бетон, величина а мала (0,01--0,05). Процесс поглощения звука происходит за счет перехода энергии колеблющихся частиц воздуха в теплоту вследствие потерь на трение в порах материала. Поэтому для эффективного звукопоглощения материал должен обладать пористой структурой, причем поры должны быть открыты со стороны падения звука и соединяться между собой (незамкнутые поры), чтобы не препятствовать проникновению звуковой волны в толщу материала.

В настоящее время применяют такие звукопоглощающие материалы, как ультратонкое стекловолокно, капроновое волокно, минеральную вату, древесноволокнистые, минераловатные плиты на различных связках с окрашенной и профилированной поверхностью, пенополиуретановый поропласт (поролон), пористый поливинил-хлорид, различные пористые жесткие плиты на цементном вяжущем и другие материалы. Звукопоглощающие свойства данного пористого материала зависят от толщины слоя, частоты звука, наличия воздушного промежутка между слоем и отражающей стенкой, на которой он установлен.

В тех случаях, когда невозможно изолировать шумные машины или в связи с необходимостью следить за рабочим процессом, пульт управления машин заключают в звукоизолированную кабину со смотровым окном, при этом помещение кабины акустически обрабатывается.

Для защиты работающих от непосредственного (прямого) воздействия шума используют экраны, устанавливаемые между источником шума и рабочим местом. Акустический эффект экрана основан на образовании за ним области тени, куда звуковые волны проникают лишь частично. Степень проникновения зависит от соотношения между размерами экрана и длиной волны Я: чем больше л, тем меньше при данных размерах область тени за экраном, а следовательно, и снижение шума. По этой причине экраны применяют в основном для защиты от средне- и высокочастотного шума. На низких частотах экраны малоэффективны, так как за счет эффекта дифракции звук легко их огибает. Важно также расстояние от источника шума до экранируемого рабочего места -- чем оно меньше, тем больше эффективность экрана.

Глушители шума. Они применяются в основном для уменьшения шума различных аэрогазодинамических установок и устройств. В практике борьбы с шумом используют глушители различных конструкций, выбор которых зависит от конкретных условий каждой установки, спектра шума и требуемого заглушения. Глушители принято разделять на активные и реактивные. Принадлежность тому или иному классу определяется по принципу работы: активные глушители, содержащие звукопоглощающий материал, поглощают поступившую в них звуковую энергию, а реактивные отражают ее обратно к источнику.



10.5 Средства индивидуальной защиты от шума и ультразвука

Часто неэкономично, а иногда практически невозможно уменьшить шум до допустимых величин общетехническими мероприятиями. Например, при таких производственных процессах, как клепка, обрубка, штамповка, зачистка при испытании двигателей внутреннего сгорания и т.д., средства индивидуальной защиты являются основными мерами, предотвращающими профессиональные заболевания работающих.

К средствам индивидуальной защиты (противошумам) относятся вкладыши, наушники и шлемы.

- Вкладыши. Это вставленные в слуховой канал мягкие тампоны из ультратонкого волокна, иногда, пропитанные смесью воска и парафина, и жесткие вкладыши (эбонитовые, резиновые) в форме конуса. Вкладыши -- это самые дешевые и компактные средства защиты от шума, но недостаточно эффективные (снижение шума 5--20 дБ) и в ряде случаев неудобные, так как раздражают слуховой канал.

- Наушники. В промышленности широко применяются наушники типа ВЦИИИОТ. Наушники плотно облегают ушную раковину и удерживаются дугообразной пружиной.

- Шлемы. При воздействии шумов с высокими уровнями (более 120 дБ) вкладыши и наушники не обеспечивают необходимой защиты,Часто неэкономично, а иногда практически невозможно уменьшить шум до допустимых величин общетехническими мероприятиями. Например, при таких производственных процессах, как клепка, обрубка, штамповка, зачистка при испытании двигателей внутреннего сгорания и т. д., средства индивидуальной защиты являются основными мерами, предотвращающими профессиональные заболевания работающих.

Ультразвук оказывает вредное воздействие на организм человека. У работающих с ультразвуковыми установками нередко наблюдаются функциональные нарушения нервной системы, изменения давления, состава и свойства крови. Часты жалобы на головные боли, быструю утомляемость, потерю слуховой чувствительности.

Ультразвук может действовать на человека как через воздушную среду, так и через жидкую или твердую (контактное действие на руки).

Уровни звуковых давлений в диапазоне частот от 11 до 20 кГц не должны превышать соответственно 75--110 дБ, а общий уровень звукового давления в диапазоне частот 20--100 кГц не должен превышать 110 дБ.

Защита от действия ультразвука при воздушном облучении может быть обеспечена:

1) путем использования в оборудовании более высоких рабочих частот, для которых допустимые уровни звукового давления выше;

2) путем выполнения оборудования, излучающего ультразвук, в звукоизолирующем исполнении (типа кожухов). Такие кожухи изготовляют из листовой стали или дюралюминия (толщиной 1 мм) с обклейкой резиной или рубероидом, а также из гетинакса (толщиной 5 мм). Эластичные кожухи могут быть изготовлены из трех слоев резины общей толщиной 3--5 мм. Применение кожухов, например, в установках для очистки деталей, дает снижение уровня ультразвука на 20--30 дБ в слышимом диапазоне частот и 60--80 дБ -- в ультразвуковом;

3) путем устройства экранов, в том числе прозрачных, между оборудованием и работающим;

4) размещением ультразвуковых установок в специальных помещениях, выгородках или кабинах, если перечисленными выше мероприятиями невозможно получить необходимый эффект.

Защита от действия ультразвука при контактном облучении состоит в полном исключении непосредственного соприкосновения работающих с инструментом, жидкостью и изделиями, поскольку такое воздействие наиболее вредно.

Загрузка и выгрузка изделий должны производиться при выключенном источнике ультразвука. В тех случаях, когда выключение установки нежелательно, применяют специальные приспособления, например, в ваннах для очистки изделия погружают в ванну в сетках, снабженных ручками с виброизолирующим покрытием (пористая релина, поролон и т. п.). Применение резиновых перчаток также обеспечивает необходимую защиту.

10.6 Приборы для измерения шума

Измерение шума проводят с целью определения уровней звуковых давлений на рабочих местах и соответствия их санитарным нормам, а также для разработки и оценки эффективности различных шумоглушащих мероприятий.

Основным прибором для измерения шума является шумомер. В шумомере звук, воспринимаемый микрофоном, преобразуется в электрические колебания, которые усиливаются и затем, пройдя через корректирующие фильтры и выпрямитель, регистрируются стрелочными прибором.

Диапазон измеряемых суммарных уровней шума обычно составляет 30--130 дБ при частотных границах 50--8000 Гц.

Шумомеры имеют переключатель, позволяющий вести измерения по трем шкалам: А, В, С (или линейной шкале).

В шумомерах используют электродинамические и конденсаторные микрофоны.

Для определения спектров шума шумомер подключают к фильтрам и анализаторам.

В ряде случаев шум записывается на магнитофон (через шумомер) и затем в лабораторных условиях анализируется.

Измерения шума на рабочих местах промышленных предприятий производят на уровне уха работающего при включении не менее 2/3 установленного оборудования.

В настоящее время для измерений шума используют отечественные шумомеры Ш-63, Ш-70, прибор ИШВ в комплекте с октавными фильтрами. Для анализа шума применяют спектрометр С34.

Из зарубежных приборов хорошие характеристики имеют акустические комплекты фирм "RFT" и "Брюль и Кьер".



Вывод по разделу 10

Воздействие на организм человека шумов, ультразвука, а также их комбинированное воздействие несет крайне негативное воздействие на человека. При увеличении степени комплексного (в первую очередь акустического) дискомфорта с 8 до 20% уровень общей заболеваемости возрастает в 1,8 раза. Эффективным путём решения проблемы борьбы с шумом является снижение его уровня в самом источнике, производящем шум. Воздействие шума средней и даже ниже средней интенсивности приводит к ухудшению качества выполняемой работы, снижению скорости переноса информации, изменению силы и подвижности нервных процессов в коре головного мозга. В поведении человека формируется преобладание раздражительности и вспыльчивости, изменяются в худшую сторону реакции на различные жизненные ситуации. По-этому крайне необходимо использовать все возможные средства индивидуальной и внешней защиты от пагубных воздействий шумов, вибрации и ультразвука.



Раздел 11. Молниезащита зданий и сооружений

11.1 Опасные воздействия молнии

Воздействия молнии принято подразделять на две основные группы: первичные, вызванные прямым ударом молнии, и вторичные, индуцированные близкими ее разрядами или занесенные в объект протяженными металлическими коммуникациями. Опасность прямого удара и вторичных воздействий молнии для зданий и сооружений и находящихся в них людей или животных определяется, с одной стороны, параметрами разряда молнии, а с другой - технологическими и конструктивными характеристиками объекта (наличием вэрыво- или пожароопасных зон, огнестойкостью строительных конструкций, видом вводимых коммуникаций, их расположением внутри объекта и т.д.).

Прямой удар молнии вызывает следующие воздействия на объект:

- электрические;

- термические;

- механические;

Вторичные проявления молнии связаны с действием на объект электромагнитного поля близких разрядов. Обычно это поле рассматривают в виде двух составляющих: первая обусловлена перемещением зарядов в лидере и канале молнии, вторая - изменением тока молнии во времени. Эти составляющие иногда называют электростатической и электромагнитной индукцией.

Электростатическая индукция проявляется в виде перенапряжения, возникающего на металлических конструкциях объекта и зависящего от тока молнии, расстояния до места удара и сопротивления заземлителя. При отсутствии надлежащего заземлителя перенапряжение может достигать сотен киловольт и создавать опасность поражения людей и перекрытий между разными частями объекта.

Электромагнитная индукция связана с образованием в металлических контурах ЭДС, пропорциональной крутизне тока молнии и площади, охватываемой контуром. Протяженные коммуникации в современных производственных зданиях могут образовывать контуры, охватывающие большую площадь, в которых возможно наведение ЭДС в несколько десятков киловольт. В местах сближения протяженных металлических конструкций, в разрывах незамкнутых контуров создается опасность перекрытий и искрений с возможным рассеянием энергии около десятых долей джоуля.

Еще одним видом опасного воздействия молнии является занос высокого потенциала по вводимым в объект коммуникациям (проводам воздушных линий электропередачи, кабелям, трубопроводам). Он представляет собой перенапряжение, возникающее на коммуникации при прямых и близких ударах молнии и распространяющееся в виде набегающей на объект волны. Опасность создается за счет возможных перекрытий с коммуникации на заземленные части объекта. Подземные коммуникации также представляют опасность, так как могут принять на себя часть растекающихся в земле токов молнии и занести их в объект.

Для характеристики грозовой деятельности применяют обобщенный показатель, учитывающий число ударов молнии в год на 1 км2 поверхности земли, зависящий от интенсивности грозовой деятельности (табл.11.1).

Таблица 11.1. Характеристики грозовой деятельности

Интенсивность грозовой деятельности за год nЧ, ч	10...20	20…40	40…60	60…80	80…100
Среднее число ударов молнии в год на 1 км2 n	1	2	4	5,5	7



Рис. 11.1. Карта продолжительности гроз в часах за год в РФ.

Используя значение nч, определяют вероятное число ударов молнии в год N в здание и сооружение, не имеющие молниезащиты:

где S - ширина защищаемого здания или сооружения, м;

L - его длина, м;

hx - наибольшая высота здания или сооружения, м.

Здания и сооружения, относимые по устройству молниезащиты к I категории, должны быть защищены от прямых ударов молнии, вторичных ее проявлений и заноса высокого потенциала через наземные (надземные) и подземные металлические коммуникации. Защита должна выполняться отдельно стоящими стержневыми (рис. 1) или тросовыми (рис. 2) молниеотводами.



Рис. 51.Отдельно стоящий стержневой молниеотвод: 1 -защищаемый объект; 2 - металлические коммуникации

Для отдельно стоящих молниеотводов приемлемыми являются следующие конструкции заземлителей:

а) один (и более) железобетонный подножник длиной не менее 2 м или одна (и более) железобетонная свая длиной не менее 5 м;

б) заглубленная в землю не менее чем на 5 м стойка железобетонной опоры диаметром не менее 0,25 м;

в) железобетонный фундамент произвольной формы с площадью поверхности контакта с землей не менее 10 м²;

г) искусственный заземлитель, состоящий из трех вертикальных электродов и более, длиной не менее 3 м, объединенных горизонтальным электродом, при расстоянии между вертикальными электродами не менее 5 м.

Рис. 52. Отдельно стоящий тросовой молниеотвод: 1 -защищаемый объект; 2 - металлические коммуникации



Величина импульсного сопротивления заземления принимается:

не более 10 Ом для I и II категорий;

не более 20 Ом для III категории;

не более 40 Ом в грунте с удельным сопротивлением 500 Ом-м и выше для всех категорий.

Опоры стержневых молниеотводов должны быть рассчитаны на механическую прочность как свободно стоящие конструкции, а опоры тросовых молниеотводов - с учетом натяжения троса и действия на него ветровой и гололедной нагрузок. Опоры отдельно стоящих молниеотводов могут выполняться из стали любой марки, железобетона или дерева.

Стержневые молниеприемники должны быть изготовлены из стали любой марки сечением не менее 100 мм² и длиной не менее 200 мм и защищены от коррозии оцинкованием, лужением или окраской.

Тросовые молниеприемники должны быть выполнены из стальных многопроволочных канатов сечением не менее 35 мм².

Соединения молниеприемников с токоотводами и токоотводов с заземлителями должны выполняться, как правило, сваркой, а при недопустимости огневых работ разрешается выполнение болтовых соединений с переходным сопротивлением не более 0,05 Ом при обязательном ежегодном контроле последнего перед началом грозового сезона.

При установке молниеотводов на защищаемом объекте и невозможности использования в качестве токоотводов металлических конструкций здания токоотводы должны быть проложены к заземлителям по наружным стенам здания кратчайшими путями.

Допускается использование любых конструкций железобетонных фундаментов зданий и сооружений (свайных, ленточных и т.п.) в качестве естественных заземлителей молниезащиты. Учитывая то, что необходимо создать непрерывную электрическую связь по арматуре и присоединеняя ее к закладным деталям с помощью сварки.

Битумные и битумно-латексные покрытия не являются препятствием для такого использования фундаментов. В средне- и сильноагрессивных грунтах, где защита железобетона от коррозии выполняется эпоксидными и другими полимерными покрытиями, а также при влажности грунта менее 3% использовать железобетонные фундаменты в качестве заземлителей не допускается.

Искусственные заземлители следует располагать под асфальтовым покрытием или в редко посещаемых местах (на газонах, в удалении на 5 м и более от грунтовых проезжих и пешеходных дорог и т.п.).

Для защиты от вторичных проявлений молнии должны быть предусмотрены следующие мероприятия:

а) металлические конструкции и корпуса всего оборудования и аппаратов, находящиеся в защищаемом здании, должны быть присоединены к заземляющему устройству электроустановок или к железобетонному фундаменту здания;

б) внутри зданий и сооружений между трубопроводами и другими протяженными металлическими конструкциями в местах их взаимного сближения на расстояние менее 10 см через каждые 20 м следует приваривать или припаивать перемычки из стальной проволоки диаметром не менее 5 мм или стальной ленты сечением не менее 24 мм2; для кабелей с металлическими оболочками или броней перемычки должны выполняться из гибкого медного проводника;

в) в соединениях элементов трубопроводов или других протяженных металлических предметов должны быть обеспечены переходные сопротивления не более 0,03 Ом на каждый контакт.

Защита от заноса высокого потенциала по подземным металлическим коммуникациям (трубопроводам, кабелям в наружных металлических оболочках или трубах) должна осуществляться путем их присоединения на вводе в здание или сооружение к арматуре его железобетонного фундамента, а при невозможности использования последнего в качестве заземлителя к искусственному заземлителю.

Ввод в здания воздушных линий электропередачи напряжением до 1 кВ, сетей телефона, радио, сигнализации и др. должен осуществляться только кабелями длиной не менее 50 м с металлической броней или оболочкой или кабелями, проложенными в металлических трубах.

На вводе в здание металлической трубы броня и оболочки кабелей, в том числе и трубы, должны быть присоединены к железобетонному фундаменту здания или к искусственному заземлителю.

В месте перехода воздушной линии электропередачи в кабель металлические броня и оболочка кабеля, а также штыри или крючья изоляторов воздушной линии должны быть присоединены к заземлителю. К такому же заземлителю должны быть присоединены штыри или крючья изоляторов на опоре воздушной линии электропередачи, ближайшей к месту перехода в кабель.