Инженерно-технические мероприятия по защите населения от электромагнитных полей

Инженерно-технические защитные мероприятия строятся на использовании явления экранирования электромагнитных полей непосредственно в местах пребывания человека, либо на мероприятиях по ограничению эмиссионных параметров источника поля. Последнее, как правило, применяется на стадии разработки изделия, служащего источником электромагнитного поля.

Радиоизлучения могут проникать в помещения, где находятся люди, через оконные и дверные проемы. Для экранирования смотровых окон, окон помещений, застекления потолочных фонарей, перегородок применяется металлизированное стекло, обладающее экранирующими свойствами. Такое свойство стеклу придает тонкая прозрачная пленка либо окислов металлов, чаще всего олова, либо металлов - медь, никель, серебро и их сочетания. Пленка обладает достаточной оптической прозрачность и химической стойкостью.

Для защиты населения от воздействия электромагнитных излучений в строительных конструкциях в качестве защитных экранов могут применяться металлическая сетка, металлический лист или любое другое проводящее покрытие, в том числе и специально разработанные строительные материалы.

В ряде случаев достаточно использования заземленной металлической сетки, помещаемой под облицовочный или штукатурный слой.

В качестве экранов могут применяться также различные пленки и ткани с металлизированным покрытием. В последние годы в качестве радиоэкранирующих материалов получили металлизированные ткани на основе синтетических волокон. Их получают методом химической металлизации (из растворов) тканей различной структуры и плотности. Существующие методы получения позволяют регулировать количество наносимого металла в диапазоне от сотых долей до единиц мкм, и изменять поверхностное удельное сопротивление тканей от десятков до долей Ом.

Экранирующие текстильные материалы обладают малой толщиной, легкостью, гибкостью; они могут дублироваться другими материалами (тканями, кожей, пленками), хорошо совмещаются со смолами и латексами.

Например, рассмотрим задачу инженерно – технических мероприятий по защите населения от электромагнитных полей на тему: расчет экранирующей сетки для защиты от излучения РЛС.

Расчёт экранирующей сетки для защиты от излучения РЛС

Радиолокационная станция, работающая на длине волны 10см, мощностью 500 кВт, излучает импульсы длительностью 3 мкс с частотой повторения импульсов F , равной 400 Гц. РЛС находится на расстоянии 500 метров от служебного здания высотой 5 метров и длиной 40 метров. Фасад здания обращен к станции, а местность, на которой расположена РЛС, выше местности в районе здания на 7 метров. Необходимо определить плотность потока энергии излучения станции на уровне рабочих мест у окон здания, то есть на высоте 1,5 и 4 м, а также рассчитать диаметр проволоки металлической сетки, необходимой для защиты здания от излучения и её шаг. При этом известно, что отражатель антенны параболический с максимальным размером по вертикали 3 метра, коэффициент усиления антенны 20000, ширина диаграммы направленности по половинной мощности в вертикальной плоскости равна 4⁰, а центр антенны расположен на высоте 3 метров от поверхности земли. При наибольшем наклоне антенны к земле её главный максимум излучения находится под углом места +0,5⁰.

Средняя мощность излучения РЛС во времени Р определяется по формуле:

Р=Р_н*τ*F , Вт (1)

Р= 500*10³*3*10^-6*400=600Вт

где Р_н – импульсная мощность излучения антенны , Вт;

τ – длительность импульса излучения, с;

F – частота повторения импульсов, Гц.

Максимальная плотность потока энергии излучения W_max на расстоянии r от станции вычисляется по формуле:

W_max= = Вт/м² (2)

W_max= Вт/м²

где Р – средняя мощность излучения РЛС , Вт ;

G – коэффициент усиления антенны ;

r- расстояние до объекта, м.

Линейная ширина главного луча антенны в вертикальной плоскости q на расстоянии r от станции вычисляется по формуле:

Q=0,035r*θ_0,5верт , м (3)

Q=0,035r*θ_0,5верт = 0,035*500*4=70 м

где r- расстояние до объекта, м;

θ_0,5верт – ширина диаграммы направленности по половинной мощности в вертикальной площади *⁰.

Максимальное превышение антенны РЛС над рабочими местами ∆h определяется из выражения:

∆h=h_A-h_B+H_A , м (4)

∆h =3-1,5+7=8,5 м

∆h =3-4+7=6 м

где h_A – высота центра антенны от поверхности земли, м;

h_B – высота точки облучения от поверхности земли , м;

H_A – разница в высотах местности где расположена антенна с местностью в районе здания , м.

Расстояние по вертикали между осью главного луча антенны и контрольными точками а определяется из выражения :

а=∆h+0,0175*r*α , м (5)

а= 8,5+0,0175*500*0,5=12,9 м

а =6+0,0175*500*0,5=10,4 м

где ∆h – максимальное превышение антенны над контрольной точкой, м;

r – расстояние до контрольной точки , м;

α – угол места главного максимума излучения антенны,*⁰ .

Угловое отклонение от главного максимума излучения антенны на контрольные точки θопределяются по формуле:

Ѳ= , ⁰ (6)

Ѳ= =1,5⁰

Ѳ= =1,2⁰

Интенсивность излучения в расчетных точках W_p определяется формулой:

W_p = W_max*U(Ѳ) , мкВт/см² (7)

W_p = 3,8*10⁶ *10^-4*0,252= 95,8мкВт/см²

W_p = 3,8*10⁶ *10^-4*0,418= 158,8мкВт/см²

где W_max– максимальный поток энергии излучения на фасаде здания, мкВт/см²;

U(Ѳ) – направленность излучения антенны, определяющаяся как отношение интенсивности излучения станции в точке приёма, расположенной под углом Ѳ к оси главного луча, и интенсивности излучения на его оси.

Для антенн РЛС с параболическими отражателями функция U(Ѳ) определяется как:

U(Ѳ) = (8)

U(Ѳ) = = 0,252

U(Ѳ) = = 0,418

где - функция Бесселя 1 – порядка;

- волновое число ;

- половина максимального размера раскрыва антенны,м ;

Ѳ – угловое направление от главного максимума излучения антенны на контрольные точки , *⁰ .

х = k∙R∙sinΘ (9)

х = 62,8*1,5*sin1,5=2,2

х = 62,8*1,5*sin1,2 =1,8

Значение функции Бесселя 1-го порядка представлены в таблице 33.

Таблица 33 - Значение функции Бесселя 1-го порядка.

х	U(Ѳ)
1,8	0,418
2,2	0,252

Волновое число определяется по формуле :

= (10)

= = = 62,8

где – длина электромагнитной волны, излучаемой РЛС, м.

Необходимое ослабление электромагнитного излучения L₁ определяется по формуле :

L₁ = 10lg , дБ (11)

L₁ = 10lg = 9,8дБ (11)

Предельно допустимые уровни электромагнитных полей, создаваемые радиолокационными средствами (импульсное излучение) представлены в таблице 34.

Таблица 34 - Предельно допустимые уровни электромагнитных полей, создаваемые радиолокационными средствами (импульсное излучение).

Назначение РЛС	Длина волны, см	Частота сканирования антенны, Гц	Отношение длительности излучения к общему времени за сутки	ПДУ, мкВт/см2
Метеорологические РЛС и им подобные по режиму работы, при общей продолжительности работы радиолокатора, не превышающей 12 часов в сутки	0,8±0,12	не более 0,1	0,5
0,8±0,12
3,0±0,60	не более 0,1	0,5
3,0±0,60
10,0±1,5	не более 0,1	0,5
10,0±1,5		0,5
17,0±2,55		0,5
17,0±2,55

Экранирующая способность сетки L₂при линейной поляризации волн рассчитывается по формуле:

L₂ = 10lg , дБ (11)

L = 10lg = 9,9дБ

Где, d – шаг сетки , м;

- радиус проволоки, м ;

- длина волны излучения ,м.

Из таблицы 3 выбирам:

материал сетки – сталь;

шаг сетки – 10,7мм;

диаметр проволоки – 0,7мм

Экранирующая способность некоторых ктанных сеток при углах падения радиоволн от 0 до 60⁰ представлена в таблице 35.

Таблица 35 -Экранирующая способность некоторых ктанных сеток при углах падения радиоволн от 0 до 60⁰

Характеристики сетки	Ослабление излучения, дБ
Материал сетки	Шаг сетки, мм	Диаметр проволоки, мм	Длина волны излучения, см
3,2	6,3	10,6
Сталь Сталь	10,7 15,4	0,7 1,4	- -	8-3 5,5-3,5	11-8,5 9-6,5

Из решения данной задачи видно, что экранирующая способность сетки L₂ при линейной поляризации волн больше, чем необходимое ослабление электромагнитного излучения L₁. Из этого можно сделать вывод, что данная защита стальной сеткой от электромагнитного излучения полностью защитит.

ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ