CC BY
2УДК 504.06
Курбатова А.В.
аспирант 2-го года обучения Московский государственный технологический университет «СТАНКИН» (г. Москва, Россия)
АНАЛИЗ УРОВНЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ОТ ПЛАЗМЕННО-ДУГОВОЙ РЕЗКИ С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ НЕГАТИВНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА РАБОТНИКА
Аннотация: на сегодняшний день плазменная резка широко используются во многих технологических процессах, связанных с обработкой металлических конструкций. При работе данного оборудования возникает электромагнитное поле, которое может негативно воздействовать на работника, в связи с этим важно систематически проводить измерение уровня электромагнитного излучения. В статье описан принцип работы плазменного резака, проведены замеры электромагнитного излучения и проанализированы результаты полученных значений. По результатам анализа можно сделать вывод о том, что уровень излучения от оборудования плазменно-дуговой резки соответствует гигиеническим нормативам.
Ключевые слова: плазменно-дуговая резка, электромагнитное поле, измерение уровня электромагнитного излучения, охрана труда.
Для обработки металлов чаще всего применяются процессы сварки и резки. В настоящее время в промышленных масштабах всё большую популярность набирают методы плазменной резки. Плазменная резка отличается универсальностью и позволяет работать с углеродистыми и нержавеющими сталями, чугуном, алюминием, медью и различными сплавами. Важно, чтобы возникающее электромагнитное излучение не представляло опасности для здоровья работников и не превышало гигиенические нормативы. Это особенно актуально в промышленных условиях, где работники могут
2144
подвергаться комбинированному воздействию от нескольких источников электромагнитного излучения.
Плазменная резка металла - это вид резки металлов, при котором в качестве режущего инструмента вместо резца используется струя плазмы. Устройство плазмотрона для резки металла состоит из следующих конструктивных элементов:
1. Электрод/катод используется для поджига и поддержания плазменной дуги. Производится из тугоплавкого металла и имеет вставку из циркония или гафния. Подбирается в зависимости от оборудования и разрезаемого материала,
2. Сопло для плазмотрона представляет собой наконечник резака, служит для формирования формы плазменной струи. Обычно изготавливается из меди, конструкция определяется разновидностью машины для плазменной резки,
3. Механизм для закручивания плазмообразующего газа (диффузор) -необходим для увеличения давления и замедления потока плазмы в ходе процесса резки.
Принцип работы аппарата заключается в создании между соплом плазмотрона и обрабатываемым металлом электродуги. Ее температура достигает 5000 °С, при этом одновременно с этим в рабочую зону плазмореза подается поток воздуха или газа. Он взаимодействует с электрической дугой, ионизируется и образует плазму, а ее температура доходит уже до 30000 °С. Скорость выхода плазмы до 1500 м/с делает возможной высокоточную и аккуратную резку практически любого металла [1]. Все существующие плазмотроны делятся на три группы:
• Электродуговые. Данные плазматроны оснащены как минимум одним анодом и катодом, подключёнными к источнику питания плазмотрона постоянного тока. В качестве хладагента таких устройств используется вода, которая циркулирует в охладительных каналах.
2145
• Высокочастотные. Такие плазмотроны не имеют ни электродов, ни катодов, для связи такого плазмотрона с источником питания используется индуктивный/ёмкостной принцип. Из этого следует, что высокочастотные плазмотроны делятся на индукционные и ёмкостные. Принцип работы плазмотронов высокочастотной группы требует того, чтобы разрядная камера таких устройств была выполнена из непроводящих материалов, в качестве таковых обычно используются керамика или кварцевое стекло.
• Комбинированные. Данные плазмотроны работают при совместном действии токов высоких частот и горении дугового разряда, в том числе с его сжатием магнитным полем.
Измерения для плазмотрона КЕДР CUT-45 PRO проводились для двух случаев: в непосредственной близости от плазмотрона и на расстоянии 3 м от рабочей зоны во время нормальной работы оборудования. Для регистрации частот использовался анализатор спектра Rohde Schwarz ZVH8, в результате измерений установлено, что помехи расположены в полосе частот ниже 30 МГц. На основе этих данных были выбраны измерительные приборы.
Первое измерение проводились в непосредственной близости от плазмотрона (примерно в 10 см от сопла факела) с помощью ближнепольного электрического зонда HP19441B с рабочим диапазоном частот от 9 кГц до 30 МГц. Результаты измерений представлены на рис. 2, поле имеет многочастотный арактер с максимумами в диапазоне частот 1-4 МГц. Напряженность поля колеблется в пределах 50 дБмкВ/м (эквивалентно 316 мкВ/м).
2146
Г, МГц
Рисунок 2. Значения электрической составляющей первого замера.
Второе измерение проводилось с помощью измерительной антенны ЕМСО 6507 с рабочим диапазоном частот от 1 кГц до 30 МГц, которая позволяет измерять напряженность как электрического, так и магнитного поля. На расстоянии 3 м от плазмотрона измерялись электрическая и магнитная составляющие поля. Процесс измерения состоял из двух этапов: на первом этапе измерялось фоновое излучение с неработающим резаком, на втором этапе измерялось излучаемое поле во время операции резки металла. Результаты измерения электрического поля показаны на рис., 3, где видно максимумы на частотах 1-4 МГц, 13,56 МГц и 27 МГц. Излучение свыше 30 МГц в основном совпадает с фоновым излучением. Излучение на частотах ниже 5 МГц связаны с инверторной системой питания горелки. Частота 13,56 МГц - это рабочая частота промышленного оборудования и используется в горелках в качестве источника радиочастотного сигнала, модулирующего поток газа.
2147
95 г 90 55 80
30-1-■-1-|-1-
0 5 10 15 20 25 30
I, МГц
Рисунок 3. Значения электрической составляющей второго замера (синее - фоновое излучение, красное - излучение во время работы резака).
Видно, что включение устройства без запуска горелки уже генерирует электромагнитное излучение, а при включении горелки значения меняются незначительно. Напряженность электрического поля не превышает 70 дБмкВ/м (3,16 мВ). Также видно, что включение горелки увеличивает уровень излучения примерно на 20 дБмкВ/м.
Для магнитной составляющей излучение выше 10 МГц приближается к фоновому уровню, а на частотах около 30 МГц уже идентично ему. На рис. 4 представлены результаты измерений напряженности магнитного поля, где видно, что максимумы напряженности магнитного поля были зарегистрированы в районе 5 МГц - около 37 дБмкА/м (70 мкА/м) и 8,7 МГц -около 20 дБмкА/м (2,7 мкА/м).
2148
40 35 30 25 £ 20 3 и ,1 10
-5
-10 -15 -20
1234567В 9 10 Г, МГц
Рисунок 4. Значения магнитной составляющей второго замера (синее - фоновое излучение, красное - излучение во время работы резака).
Проанализировав полученные данные измерений, можно установить, что уровень электромагнитного излучения, возникающие при плазменной резке, находится в диапазоне частот ниже 30 МГц. Максимальные значения составляют 70 дБмкВ/м (3,16 мВ) для электрической составляющей и 37 дБмкА/м (70 мкА/м) для магнитной составляющей. Допустимые уровни электромагнитного излучения на рабочем месте по гигиеническим нормативам составляют: 8,5 В/м для электрических полей и 250 мА/м для магнитных полей [2]. Измеренные максимальные значение не превышают установленные ПДУ. Таким образом, работа за данным плазменным оборудованием не представляет риска для здоровья работника в контексте действующего законодательства. Однако следует помнить, что во многих случаях плазморезы являются лишь одним из нескольких источников электромагнитного поля. В таких случаях следует учитывать сумму полей от всех источников в окрестностях участка [3].
2149
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Бельгибаев, Э. Р. Плазменно-дуговая резка / Э. Р. Бельгибаев, А. И. Шайдуллин // XXIII Туполевские чтения (школа молодых ученых) : Международная молодёжная научная конференция: Материалы конференции. Сборник докладов: в 4 томах, Казань, 08-10 ноября 2017 года. Том I. - Казань: Издательство Академии наук РТ, 2017. - С. 470-472. - EDN YPWGPD;
2. Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы СанПиН 2.5.2/2.2.4.1989-06;
3. ГОСТ Р 51317.2.4-2000 (МЭК 61000-2-4-94) Совместимость технических средств электромагнитная. Электромагнитная обстановка. Уровни электромагнитной совместимости для низкочастотных кондуктивных помех в системах электроснабжения промышленных предприятий
Kurbatova A.V.
Moscow State University of Technology «STANKIN» (Moscow, Russia)
ANALYSIS OF ELECTROMAGNETIC RADIATION LEVEL FROM A PLASMA ARC CUTTING IN TERMS OF NEGATIVE IMPACT ON EMPLOYEES
Abstract: plasma cutting machines are widely used in many technological processes related to the processing of metal structures nowadays. During operation of this equipment, an electromagnetic field arises, which can negatively affect employees, and therefore it is important to systematically measure the level of electromagnetic emission. The article describes the principle of operation of a plasma cutter, measurements of electromagnetic emission are carried out and the results of the obtained values are analyzed. Based on the results of the analysis, it can be concluded that the radiation level from the plasma arc cutting machine complies with hygienic standards.
Keywords: plasma arc cutting, electromagnetic field, measurements of electromagnetic emission level, occupational health and safety.
2150
