Расчет эффективности экранирования электромагнитных полей

Основной характеристикой каждого экрана является степень ослабления Э электромагнитного поля, называемая эффективностью экранирования, которая представляет собой отношение Е, Н, ППЭ в данной точке при отсутствии экрана к Е_э, Н_э , ППЭ_э в той же точке при наличии экрана:

(10)

Эффективность экранирования зависит от материала экрана (токопроводящий, диэлектрический или поглощающий) и его конструкции (сплошной, сетчатый, в виде пластины или замкнутого контура и т.д.).

Электромагнитное поле имеет зоны индукции и излучения, которые для элементарных излучателей (диполей) в воздухе определяются соответственно неравенствами:

(11)

где – расстояние от источника.

Обычно считают, что расстояние от источника, не большее длины волны, – зона индукции. Например, для частот 10⁹ и 10⁶ Гц расстояние, которое определяет зону индукции, меньше 0,3 м и 300 м соответственно.

Различают экранирование магнитного, электрического и электромагнитного полей. В большинстве случаев с двух сторон от экрана находится одна и та же диэлектрическая среда – воздух, и эффективность экранирования, в данном случае, записывают в виде

(12)

где h – толщина экрана, мм;

– коэффициент распространения, мм^-1;

z₁ – импеданс среды электромагнитному полю, Ом;

z₂ – импеданс материала экрана электромагнитному полю, Ом.

Для вакуума импеданс равен

(Ом),

(13)

где и – соответственно электрическая и магнитная постоянные:
Ф/м,
Гн/м.

В таблице 10 приведены ориентировочные значения коэффициента распространения и импеданса для металлов , наиболее часто применяемых для экранирования электромагнитных полей.

Более сложно определяется импеданс z₁. В зоне излучения импеданс диэлектрической среды – воздуха – будет равен (для воздуха ) Ом. Однако в зоне индукции импеданс z₁ зависит не только от вида основной составляющей электромагнитного поля. Он определяется также формой конструкции экрана (рисунок 3).

Таблица 10 – Характеристики металлов, применяемых для

экранирования ЭМП

Металл	Электрическая проводимость См/м	Магнитная проницаемость,	Коэффициент распространения мм-1	Импеданс Ом
Медь	57,1
Алюминий	34,5
Сталь	7,2
Свинец	4,8
Примечания – круговая частота, – абсолютная диэлектрическая проницаемость, – абсолютная магнитная проницаемость, – удельная проводимость среды

Рисунок 3 – Конструкции экранов

С учетом формы экрана импеданс z₁ записывается в виде

при экранировании электрического поля; при экранировании магнитного поля,

(14)

где m=2 при для плоского экрана;

m=1 при для цилиндрического экрана;

при для сферического экрана.

При экранировании магнитного поля необходимо учитывать особенности материала, из которого изготовлен экран. Обычно для магнитных материалов (сталь, пермаллой, феррит) , а для немагнитных материалов (медь, алюминий, свинец) .

При условии, что на относительно низких частотах электромагнитного поля (f<10⁴ Гц) для защитных устройств из магнитных металлов эффективность экранирования рассчитывается по формуле

(15)

Она не зависит от частоты поля.

Для защитных устройств из немагнитных металлов эффективность экранирования рассчитывается по формуле

(16)

Эта эффективность зависит от частоты и при частоте тоже стремится к нулю.

В области относительно высоких частот (10⁴< f, Гц <10⁹) эффективность экранирования удобно определять по формуле

(17)

В области СВЧ, охватывающей дециметровые, сантиметровые и миллиметровые волны ( Гц), длина волны соизмерима с диаметром экрана d, т.е. , и эффективность экранирования носит колебательный характер.

При наличии в экране отверстий или щелей, возникающих вследствие несовершенства его конструкции и технологии изготовления, эффективность экранирования снижается. В этом случае ее можно определить по формуле

(18)

где импеданс z₁ определяется по формулам (14);

;

слагаемое A и множитель В учитывают негерметичность экрана;

(19)

где – эквивалентный радиус экрана любой геометри-

ческой формы (V – внутренний объем экрана, мм³), мм;

– наибольший размер отверстия (щели) в экране, мм;

.

Эффективность экранирования электрического поля при использовании проволочных сеток

,

(20)

где A – то же, что и в выражении (19), а множитель С и величину z₂ при заданном диаметре провода d и шаге s сетки рассчитывают по формулам

,

где – эквивалентная толщина сетки.

В сортамент фольговых материалов толщиной h от 0,01 до 0,05 мм входят в основном диамагнитные материалы – алюминий, латунь, цинк. Расчет эффективности экранирования фольговых материалов производится по формулам для тонких материалов. При негерметичности эффективность экранирования электрического поля

(21)

где .

Эффективность экранирования сотовыми решетками зависит вплоть до сантиметрового диапазона от отношения глубины к ширине ячейки.

Ориентировочно эффективность

(22)

где и – глубина и максимальный поперечный размер ячейки со

товой решетки;

n – число ячеек.

2 ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА «Безопасность при
воздействии электромагнитного поля»

Цель работы: освоение гигиенического нормирования и методики расчета эффективности экранирования магнитного, электрического и электромагнитного полей.

Выполнение работы:

– изучить принцип нормирования электрических, магнитных и электромагнитных полей;

– изучить методику расчета эффективности экранирования магнитных, электрических и электромагнитных полей;

– выполнить задания.

Задание 1

Определите допустимое время пребывания человека в электрическом поле с напряженностью 3, 15 и 30 кВ/м.

Задание 2

Определите эффективность экранирования электромагнитного поля с частотой колебаний f=50 кГц плоским экраном без отверстий, выполненным из алюминия (L=300 мм, h=1 мм).

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Дайте определение электрического, магнитного и электромагнитного полей.

2. Какие характеристики имеют электрические и магнитные поля?

3. На какие зоны разделяют распространяющуюся в пространстве электромагнитную волну?

4. Какие виды электромагнитного поля существуют?

5. Что относят к основным источникам электромагнитных полей?

6. Какие поля создают линии электропередач?

7. В чем заключается вредность использования устройств мобильной связи?

8. Как влияют электромагнитные поля на различные функциональные системы человеческого организма?

9. Приведите основные методы защиты от электромагнитных полей.

10. Какие параметры электромагнитных полей определяются при гигиеническом контроле?

11. Для каких диапазонов частот существуют отечественные гигиенические нормативные документы?

12. Как осуществляется нормирование полей промышленной частоты?

13. Что является основной характеристикой устройства, экранирующего электромагнитное поле?

14. Из каких материалов возможно изготовление экрана?

ЛИТЕРАТУРА

1. Аполлонский, С.М. Безопасность жизнедеятельности человека в электромагнитных полях: учебное пособие / С.М. Аполлонский, Т.В. Каляда, Б.Е. Синдаловский. – СПб.: Политехника, 2006. – 263 с.: ил.

2. Безопасность жизнедеятельности: учебник для вузов / под общ. ред. С.В. Белова. – 2-е изд., испр. и доп. – М.: Высш. шк., 1999. – 448 с.: ил.

3. Зотов, Б.И. Безопасность жизнедеятельности на производстве: учеб. пособие для вузов / Б.И. Зотов, В.И. Курдюмов. – М.: КолосС, 2002. – 432 с.: ил.

Овчаренко Александр Григорьевич

Козлюк Андрей Юрьевич

БЕЗОПАСНОСТЬ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ
ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ

Редактор Идт Л.И.

Технический редактор Сазонова В.П.

Подписано в печать 03.06.08. Формат 60×84 1/16
Усл. п. л. – 2,21. Уч. изд. л. – 2,38.
Печать – ризография, множительно-копировальный
аппарат «RISO TR-1510»

Тираж 100 экз. Заказ 2008-49.

Издательство Алтайского государственного
технического университета
655099, г. Барнаул, пр-т. Ленина, 46

Оригинал-макет подготовлен ИИО БТИ АлтГТУ.

Отпечатано на ИИО БТИ АлтГТУ.
659305, г. Бийск, ул. Трофимова, 29.