УСТАНОВКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ ШУМА НА ПЕРВИЧНЫЕ КРИТЕРИИ ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТИ

Полезная модель относится к средствам для проведения исследований в области электробезопасности, в частности, для изучения влияния шума на первичные критерии электробезопасности.
Первичные критерии электробезопасности - это пороговые значения электрического тока, соответствующие определенным ответным реакциям организма человека и необходимые для расчета защитных мер и средств в электроустановках (Ревякин, А.И. Электробезопасность и противопожарная защита в электроустановках / А.И.Ревякин, Б.И.Кашолкин. - М.: Энергия, 1980. - 160 с.).
Известна установка, содержащая звуковой генератор, электроды, потенциометр, вольтметр, амперметр, электронный осциллограф, которая была использована для исследования пороговых токов в условиях угольных шахт Центрального Донбасса (Гладилин, Л.В. Электробезопасность в горнодобывающей промышленности / Л.В.Гладилин, В.И.Щуцкий, Ю.Г.Бацежев, Н.И.Чеботаев // М.: Недра, 1977. - 327 с.).
Известен экспериментальный стенд для исследования пороговых токов и сопротивления тела человека, содержащий блок воздействующего напряжения, блок регулирования воздействующего напряжения и блоки защиты, измерения и электродов (Электробезопасность на открытых горных работах: справ. пособие / В.И.Щуцкий, А.И.Сидоров, Ю.В.Ситчихин, Н.А. Бендяк. - М.: Недра, 1996. - 266 с.).
Недостатками указанных установки и стенда являются отсутствие возможности создания напряжений сложной несинусоидальной формы; плавного изменения действующего значения напряжения за заданный промежуток времени.
Известна экспериментальная установка для исследования влияния шума на электрическое сопротивление тела человека, содержащая ПЭВМ, устройство для исследования сопротивления тела человека, проводники, электроды, наушники (Капай В.В. Влияние шума электрооборудования на электротехнические характеристики тела человека: дис.…канд. техн. наук / В.В.Капай. - Челябинск, 2006. - 108 с.).
Недостатком этой установки является отсутствие возможности моделирования формы сигнала, подаваемого на электроды, и управления его нарастанием, контроля уровня звукового давления воздействующего шума.
Технической задачей предлагаемой установки является определение зависимостей пороговых ощутимых токов различных видов и частот от воздействия различных видов и уровней шумов.
Указанная задача решается тем, что установка для исследования влияния шума на первичные критерии электробезопасности испытуемого, содержащая источник шума и источник моделируемых напряжений в виде ПЭВМ, электроды, блок регистрирующих приборов, включающий амперметр и вольтметр, характеризуется тем, что она снабжена заглушенной камерой для размещения в ней испытуемого, на потолке и стенах которой установлены динамики, соединенные с источником шума, и которая оборудована световым сигнализатором и веб-камерой Logitech Webcam для контроля за испытуемым, один из электродов снабжен кнопкой для самостоятельной блокировки испытуемым подаваемого на электроды сигнала, при этом источник моделируемых напряжений выполнен в виде ПЭВМ и снабжен комплексом создания и подачи напряжения любой формы, частоты и скорости нарастания напряжения.
Для исследования влияния шума на первичные критерии электробезопасности предложены источники моделируемых напряжений и шума, представляющие собой ПЭВМ, благодаря которым создаются и воспроизводятся напряжение любой формы и частоты и шум с заданными параметрами.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена схема установки для исследования влияния шума на первичные критерии электробезопасности, на фиг.2 - схема установки для исследования влияния шума на первичные критерии электробезопасности (вид сверху), на фиг.3 представлен график зависимости величины порогового ощутимого тока от времени воздействия постоянного шума частотой 1000 Гц.
Установка содержит ПЭВМ 1 - источник напряжения, подаваемого на электроды, усилитель сигналов ЕА 7386 S STEREO POWER AMPLIFIER 2, цилиндрические электроды 3, 4, выполненные из стали, ампервольтметр Ц4311 5, DIGITAL MULTIMETER DT890G 6. Электрод 3 оборудован специальной кнопкой 7, позволяющей испытуемому самостоятельно блокировать подаваемое на электроды напряжение.
Использование в качестве источника моделируемых напряжений ПЭВМ 1 обеспечивает широкие возможности получения воздействующих напряжений любой формы и частоты, а также необходимую для исследования постоянную скорость нарастания этого напряжения, что обеспечивает достоверность получаемых результатов, поскольку известно о влиянии скорости нарастания напряжения на величину порогового ощутимого тока (Сидоров, А.И. Основы электробезопасности: Учебное пособие / А.И.Сидоров. - Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2001. - 344 с.).
Для моделирования шумовой нагрузки установка снабжена заглушенной камерой 8, каркас которой выполнен из стального уголка. Корпус камеры виброизолирован от пола помещения резиновым амортизатором. Стены и потолок изготовлены из фанеры. В качестве звукопоглощающих материалов были использованы пенопласт и поролон. Дверь камеры плотно закрывается и по акустическим свойствам аналогична стенам камеры. Набоковых стенках (высота от уровня пола 1,8 м) и потолке камеры вмонтированы 5 динамиков (BG 17 марки VISATION) 9, 10, 11, 12, 13. Камера оборудована световым сигнализатором 14 для сообщения испытуемому о готовности к началу эксперимента. Также установка содержит, в виде ПЭВМ, источник моделированного шума 15 и портативный аудиокомплекс для озвучивания аудиторий 16. Для визуального контроля за испытуемым используется веб-камера Logitech Webcam 17, подключенная к ПЭВМ 15. Для измерения уровня звукового давления в камере применяется анализатор шума и вибрации S VAN-912M.
Использование заглушенной камеры позволяет исключить влияние внешних шумов от посторонних источников на результаты исследования, что повышает их точность.
Шумовая нагрузка моделируется в программном комплексе Audacity на ПЭВМ 15. С ПЭВМ 15 шум подается на портативный аудиокомплекс для озвучивания аудиторий 16, который позволяет при необходимости регулировать уровень звукового давления в камере, а затем на динамики 9, 10, 11, 12, 13. Таким образом, создается сочетанное действие на испытуемого электрического тока и постоянного шума, согласно выбранным параметрам.
Для обеспечения безопасности испытуемого предусмотрены следующие мероприятия:
1. Максимальное напряжение, подаваемое на электроды, ограничено 20 В.
2. Обеспечено плавное изменение амплитуды напряжения (амплитуда нарастает от 0 до 20 В за 30 секунд.
3. В эксперименте в обязательном порядке один из экспериментаторов имеет группу по электробезопасности не ниже 3.
Предлагаемая установка работает следующим образом. На подготовительном этапе осуществляется компьютерное моделирование шума и напряжения. В программном комплексе Audacity, установленном на ПЭВМ 15, записывается шум необходимой формы, частоты, длительности воспроизведения, который затем будет воспроизводиться в заглушенной камере 8. Напряжение с требуемыми параметрами (частота, конфигурация, скорость нарастания) моделируется в том же программном комплексе Audacity, но установленном уже на другой ПЭВМ 1.
Испытуемый помещается в заглушенную камеру 8, на боковой стенке которой установлена веб-камера Logitech Webcam 17 для визуального контроля за поведением испытуемого и правильностью его действий во время эксперимента. Изображение транслируется на ПЭВМ 15.
Исследователь при помощи сигнализатора 14 (светоизлучающий диод зеленого цвета) подает световой сигнал испытуемому о начале измерения. Испытуемый берет в руки электроды 3, 4 и нажимает установленную на электроде 3 кнопку 7, замыкая тем самым электрическую цепь. Проконтролировав все эти действия, исследователь запускает подачу напряжения с ПЭВМ 1 через усилитель 2 на электроды 3 и 4. Напряжение на электродах плавно повышается от 0 до 20 В. О появлении первых ощущений испытуемый дает сигнал. Соответствующие этой стадии измерений значения напряжения и тока регистрируются при помощи ампервольтметров 5 и 6 и заносятся в заранее подготовленные таблицы.
Затем шум, записанный на ПЭВМ, через усилитель 16, динамики 9-13 воспроизводится в камере в течение выбранного испытателем промежутка времени. За период звучания шума испытатель может проводить повторяющиеся через намеченный интервал времени измерения напряжения и тока через тело человека. Полученные значения позволяют определить зависимость величины порогового тока от постоянной шумовой нагрузки.
Пример: проводились исследования влияния постоянного шума на величину порогового ощутимого тока. В заглушенной камере воспроизводился шум частотой 1000 Гц. Уровень звукового давления соответствовал предельно допустимому для рабочей смены. Частота подаваемого на электроды напряжения равнялась 50 Гц. Зафиксированные результаты измерений представлены в табл.1 и на фиг.3.
Таблица 1
Величины порогового ощутимого тока в зависимости от времени воздействия постоянного шума частотой 1000 Гц
Доля рабочей смены
U, B
I, мА
0
7,21
1,4
0,17
7,38
1,51
0,33
7,85
1,55
0,5
8,12
1,61
0,67
9,04
1,7
0,83
8,94
1,72
1
9,25
1,79
Данные табл.1 показывают влияние постоянного шума частотой 1000 Гц на величину пороговых ощутимых токов и напряжений для человека.
Таким образом, заявленная задача решена, а полученные результаты необходимо учитывать при разработке предельно допустимых уровней токов и напряжений для человека при сочетанием воздействии на него различных факторов физической природы.