Методы защиты от электромагнитных полей

Основные меры защиты от воздействия электромагнитных излучений:

уменьшение излучения непосредственно у источника (достигается увеличением расстояния между источником направленного действия и рабочим местом, уменьшением мощности излучения генератора); рациональное размещение СВЧ и УВЧ установок (действующие установки мощностью более 10 Вт следует размещать в помещениях с капитальными стенами и перекрытиями, покрытыми радиопоглощающими материалами — кирпичом, шлакобетоном, а также материалами, обладающими отражающей способностью —-масляными красками и др.); дистанционный контроль и управление передатчиками в экранированном помещении (для визуального наблюдения за передатчиками оборудуются смотровые окна, защищенные металлической сеткой); экранирование источников излучения и рабочих мест (применение отражающих заземленных экранов в виде листа или сетки из металла, обладающего высокой электропроводностью — алюминия, меди, латуни, стали); организационные меры (проведение дозиметрического контроля интенсивности электромагнитных излучений — не реже одного раза в 6 месяцев; медосмотр — не реже одного раза в год; дополнительный отпуск, сокращенный рабочий день, допуск лиц не моложе 18 лет и не имеющих заболеваний центральной нервной системы, сердца, глаз);

применение средств индивидуальной защиты (спецодежда, защитные очки и др.).

У индукционных плавильных печей и нагревательных индукторов (высокие частоты) допускается напряженность поля до 20 В/м. Предел для магнитной составляющей напряженности поля должен быть 5 А/м. Напряженность ультравысокочастотных электромагнитных полей (средние и длинные волны) на рабочих местах не должна превышать 5 В/м.

Каждая промышленная установка снабжается техническим паспортом, в котором указаны электрическая схема, защитные приспособления, место применения, диапазон волн, допустимая мощность и т. д. По каждой установке ведут эксплуатационный журнал, в котором фиксируют состояние установки, режим работы, исправления, замену деталей, изменения напряженности поля. Пребывание персонала в зоне воздействия электромагнитных полей ограничивается минимально необходимым для проведения операций временем.

Новые установки вводят в эксплуатацию после приемки их, при которой устанавливают выполнение требований и норм охраны труда, норм по ограничению полей и радиопомех, а также регистрации их в государственных контролирующих органах..

Генераторы токов высокой частоты устанавливают в отдельных огнестойких помещениях, машинные генераторы — в звуконепроницаемых кабинах. Для установок мощностью до 30 кВт отводят площадь не менее 40 м², большей мощности — не менее 70 м². Расстояние между установками должно быть не менее 2 м, помещения экранируют, в общих помещениях установки размещают в экранированных боксах. Обязательна общая вентиляция помещений, а при наличии вредных выделений и местная. Помещения высокочастотных установок запрещаеся загромождать металлическими предметами. Наиболее простым и эффективным методом защиты от электромагнитных полей является «защита расстоянием». Зная характеристики металла, можно рассчитать толщину экрана S, мм, обеспечивающую заданное ослабление электромагнитных полей на данном расстоянии:

где  = 2nf — угловая частота переменного тока, рад/с;

 — магнитная проницаемость металла защитного экрана, Г/м;  — электрическая проводимость металла экрана (Ом • м)'¹; Э_х—эффективность экранирования на рабочем месте, определяемая из выражения

Э_х = Н_х,/ Н_хэ (49)

где Нх и Нхэ — максимальные значения напряженности магнитной составляющей поля на расстоянии х, м от источника соответственно без экрана и с экраном, А/м.

Напряженность Нц может быть определена из выражения

Н_х = a² _m / 4 (50)

где  и а — число витков и радиус катушки, м;  — сила тока в катушке, А; х — расстояние от источника (катушки) до рабочего места, м; _m — коэффициент, определяемый соотношением х/а (при х/а > 10 _m = 1).

Если регламентируется допустимая электрическая составляющая поля E_д, магнитная составляющая может быть определена из выражения

H_д =1,2710⁵ (E_д /xf) (51)

где f — частота поля, Гц.

Экранирование — наиболее эффективный способ защиты. Электромагнитное поле ослабляется экраном вследствие создания в толще его поля противоположного направления. Степень ослабления электромагнитного поля зависит от глубины проникновения высокочастотного тока в толщу экрана. Чем больше магнитная проницаемость экрана и выше частота экранируемого поля, тем меньше глубина проникновения и необходимая толщина экрана. Экранируют либо источник излучений, либо рабочее место. Экраны бывают отражающие и поглощающие.

Для защиты работающих от электромагнитных излучений применяют заземленные экраны, кожухи, защит­ные козырьки, устанавливаемые на пути излучения. Средства защиты (экраны, кожухи) из радиопоглощающих материалов выполняют в виде тонких резиновых ковриков, гибких или жестких листов поролона, ферромагнитных пластин.

Для защиты от электрических полей сверхвысокого напряжения (50 Гц) необходимо увеличивать высоту подвеса фазных проводов ЛЭП. Для открытых распределительных устройств рекомендуются заземленные экраны

(стационарные или временные) в виде козырьков, навесов и перегородок из металлической сетки возле коммутационных аппаратов, шкафов управления и контроля. К средствам индивидуальной защиты от электромагнитных излучений относят переносные зонты, комбинезоны и халаты из металлизированной ткани, осуществляющие защиту организма человека по принципу заземленного сетчатого экрана.

ТЕОРИЯ ЭКРАНИРОВАНИЯ

Подавление наводок практически сводится к устранению или ослаблению паразитных связей между источником и приемником наводок путем экранирования и развязывания цепей.

Экранирование – локализация электромагнитной энергии в определенном пространстве за счет ограничения распространения ее всеми возможными способами.

Между 2-мя электрическими цепями, находящимися на некотором расстоянии друг от друга могут возникнуть следующие виды связей: через электрическое поле, через магнитное поле, через электромагнитное поле, через провода, соединяющие эти цепи.

Полное экранирование может быть получено только под подавлением всех 4-х видов электромагнитных связей. Однако, требования к эффективности экранирования в ряде случаев могут быть снижены. Тогда задачей экрана может быть ослабление того или иного вида связи.

Напряженность электрического и магнитного полей в свободном пространстве обратно пропорционально квадрату расстояния от элемента, возбуждающего поля. Напряженность электромагнитного поля обратно пропорционально первой степени расстояния. Напряжение на конце проводной или волновой линии с расстоянием падает медленно. Следовательно, при малых расстояниях действую все четыре вида связей. По мере увеличения расстояния сначала исчезает связь через электрическое и магнитное поля, затем перестает влиять электромагнитное поле и на очень большом расстоянии влияет только связь по проводам и волноводам.

В зависимости от назначения различают экраны с внутренним возбуждением электромагнитного поля, в которых обычно помещается источник помех, и экраны внешнего электромагнитного поля, во внутренней полости которых помещаются чувствительные к этим полям устройства. В первом случае экран предназначен для локализации поля в некотором объеме, во втором – для защиты от воздействия внешних полей.

Экран, защищая цепи, детали, колебательные контуры от воздействия внешних полей, оказывает существенной влияние на параметры экранируемых элементов. Из-за перераспределения электромагнитного поля внутри экрана происходят изменения их первичных параметров, в результате чего, например, изменяются магнитные связи, уменьшается первичная индуктивность катушек, увеличивается емкость контуров, возрастает активное сопротивление, что ведет к изменению частоты. Относительные изменения параметров, экранируемых элементов можно учесть с помощью коэффициентов.

,

где (1) Aэij – значение i-го параметра j-го экранируемого элемента при наличии экрана, A0ij – без экрана.

Задаваясь допустимыми пределами изменений параметров и зная размеры экранируемых элементов, можно определить габаритные размеры экрана, материала, из которого он должен быть изготовлен, и условия размещения элементов внутри него.

Ограничение времени пребывания человека в электромагнитном поле представляет собой так называемую «защиту временем».

Если напряженность поля на рабочем месте превышает 25 кВ/м или если требуется большая продолжительность пребывания человека в поле, чем указано в табл. 4, работы должны производиться'^ применением защитных средств — экранирующих устройств или экранирующих костюмов.

Пространство, в котором напряженность электрического поля равна 5 кВ/м и больше, принято называть опасной зоной или зоной влияния. Приближенно можно считать, что эта зона лежит в пределах круга с центром в точке расположения ближайшей токоведущей части, находящейся под напряжением, и радиусом R == 20 м для электроустановок 400—500 кВ и R = 30 м для электроустановок 750 кВ (рио. 18). На пересечениях линий электропередачи сверхвысокого (400—750 кВ) и ульт­равысокого (1150 кВ) напряжения с железными и автомобильными дорогами устанавливаются специальные знаки безопасности, ограничивающие зоны влияния этих воздушных линий.

Рис. Радиусы опасных зон (зон влияния):

а—источник влияния—открытое распределительное устройство или провода воздушной линии электропередачи; б — источник влияния — токове-дущие части аппаратов

Кабели, способы борьбы с помехами (витая пара, экранирование).

Известны следующие способы защиты сетей от помех:

• симметрирование и подбор шагов скрутки;

• экранирование, внешнее и внутреннее;

• заземление;

• зануление.

Симметрирование.

В скрученной (витой) паре провода меняются местами — этим достигаются симметричные условия возбуждения помехи в проводах пары, т. е. баланс. В идеально симметричной паре помехи, наведенные в проводах пары, взаимоуничтожаются (см. Рисунок 1). На практике полного баланса, конечно, не бывает, и некая результирующая помеха остается. То же самое можно сказать и относительно излученной помехи: чем лучше баланс пары, тем меньше витая пара излучает наружу, в окружающую среду (см. Рисунок 1).

Рисунок 1. Излучение наружу и помехозащищенность.

В многопарном кабеле витые пары влияют друг на друга. Если пары скрутить с одинаковым шагом, то влияние их друг на друга будет почти таким, как если бы они не были скручены вовсе. Поэтому стараются скручивать пары с разными шагами, расчет взаимного соотношения которых представляет довольно сложную задачу. Окончательный подбор шагов скрутки делают экспериментальным путем.

Для достижения максимальной симметрии (баланса) пары требуется следующее:

- прецизионное изготовление проводов, входящих в пару, достижение их идентичности;

- скрутка проводов в пару с точным и равномерным по длине шагом;

- математически вычисленное и максимально соблюденное соотношение шагов скрутки всех четырех пар.

Экранирование.

Если симметрирования пар недостаточно, приходится применять еще и экранирование. В случае, когда необходима защита от внешних помех, окружают экраном весь сердечник кабеля. Ежели требуется перекрыть путь помехам внутри кабеля, между его парами, то следует заэкранировать каждую пару. Для решения обеих задач экранируют каждую пару в отдельности, а потом еще накладывают и общий экран. В связи с этими особенностями вводятся специальные обозначения кабеля.

Соответствующие конструкции показаны на Рисунке 2.

Рисунок 2. Типы и обозначение четырехпарных кабелей.

Внешний экран кабеля бывает двух видов: одинарный — из алюмополимерной пленки, и двойной — из фольги и оплетки медной луженой проволокой. Пары в кабеле обычно окружены одинарными экранами из фольги или алюмополимерной пленки. В кабельной технике встречаются и двойные экраны витых пар.

Оплетка проволоками также имеет свои особенности: от ее плотности и других параметров зависят экранирующие свойства, по частотным характеристикам отличающиеся от фольгового экрана. По этой причине эффективно именно совместное использование фольги и оплетки. Наилучшим современным кабельным экраном можно считать сочетание наложенной вдоль кабеля фольгированной пленки и оплетки проволоками поверх нее.

Большую роль играет толщина фольги, используемой для экранирования витых пар. Если фольга толстовата, то и кабель станет слишком толстым, грубым, негибким. Если же фольга тонковата, то эффективность и прочность экрана снижаются. Различные компании-изготовители, оптимизируя экран, применяют фольгу толщиной от 20 до 100 мкм.

Помехозащищенные кабели способы заземления экранов и оплеток в электроустановках

Конструктивно все кабели делятся на экранированные и неэкранированные конструкции. Экранированные конструкции, в принципе более помехозащищены и имеют лучшие показатели переходного затухания, но их применение требует специальных разъемов и правильной схемы заземления, поэтому в нашей стране большее распространение получили неэкранированные кабели. Экран выполняется в виде алюминиевой фольги, либо медной оплетки, либо и того и другого вместе. Встречается как общее экранирование, так и экраны по скрученным парам. Экраны сопровождаются дренажным проводником в виде медной проволочки для поддержания целостности экрана.

Кабели на основе витой пары находят широкое применение в сетях передачи данных, регламентируемых национальными и международными стандартами. Неэкранированная витая пара представляет собой от 1 до 100 пар медных изолированных проводников, скрученных парами с согласованными шагами для уменьшения взаимного влияния. Наиболее распространены двух- и четырехпарные конструкции

Для протекания тока по экрану необходимо заземление экрана с двух сторон кабеля (или участка влияния). В некоторых случаях может применяться периодическое заземление экрана по всей длине прокладки. В равной степени эти требования относятся и для защиты окружающей среды от помехоэмиссии самого кабеля.

Экранирующее действие максимально при нулевом сопротивлении заземления. При отсутствии заземления хотя бы с одной стороны экранирование от магнитных полей значительно снижается или не происходит вовсе.

Одним из способов заземления экрана является подключение экрана кабеля к заземляющему устройству через конденсатор. Физический смысл такого решения легко понять: для предотвращения протекания токов уравнивания потенциалов и низкочастотных помех по экрану необходимо изолировать его от «земли» в одном месте. Для высокочастотных помех, наводимых в кабеле, конденсатор имеет низкое сопротивление, что обеспечивает высокочастотное заземление экрана кабеля.

Предлагается подключать экран (земляную жилу) кабеля к металлоконструкциям зданий через устройство, содержащее предохранитель и индикатор постороннего напряжения.

В принципе, возможно еще одно решение. Параллельно кабелю прокладывается проводник, который подключается к экрану кабеля в начале и конце участка прокладки и служит для замыкания цепи протекания по экрану наведенного помехой тока. Важно исключить взаимное влияние между экраном и проводником, что может быть достигнуто экранированием их друг от друга или прокладкой на расстоянии друг от друга.

Помехозащищенные кабели. Способы заземления экранов и оплеток в электроустановках.

Конструктивно все кабели делятся на экранированные и неэкранированные конструкции. Экранированные конструкции, в принципе более помехозащищены и имеют лучшие показатели переходного затухания, но их применение требует специальных разъемов и правильной схемы заземления, поэтому в нашей стране большее распространение получили неэкранированные кабели. Экран выполняется в виде алюминиевой фольги, либо медной оплетки, либо и того и другого вместе. Встречается как общее экранирование, так и экраны по скрученным парам. Экраны сопровождаются дренажным проводником в виде медной проволочки для поддержания целостности экрана.

Кабели на основе витой пары находят широкое применение в сетях передачи данных, регламентируемых национальными и международными стандартами. Неэкранированная витая пара представляет собой от 1 до 100 пар медных изолированных проводников, скрученных парами с согласованными шагами для уменьшения взаимного влияния. Наиболее распространены двух- и четырехпарные конструкции

• Для протекания тока по экрану необходимо заземление экрана с двух сторон кабеля (или участка влияния). В некоторых случаях может применяться периодическое заземление экрана по всей длине прокладки. В равной степени эти требования относятся и для защиты окружающей среды от помехоэмиссии самого кабеля.

• Экранирующее действие максимально при нулевом сопротивлении заземления. При отсутствии заземления хотя бы с одной стороны экранирование от магнитных полей значительно снижается или не происходит вовсе.

• Одним из способов заземления экрана является подключение экрана кабеля к заземляющему устройству через конденсатор. Физический смысл такого решения легко понять: для предотвращения протекания токов уравнивания потенциалов и низкочастотных помех по экрану необходимо изолировать его от «земли» в одном месте. Для высокочастотных помех, наводимых в кабеле, конденсатор имеет низкое сопротивление, что обеспечивает высокочастотное заземление экрана кабеля.

• Предлагается подключать экран (земляную жилу) кабеля к металлоконструкциям зданий через устройство, содержащее предохранитель и индикатор постороннего напряжения.

• В принципе, возможно еще одно решение. Параллельно кабелю прокладывается проводник, который подключается к экрану кабеля в начале и конце участка прокладки и служит для замыкания цепи протекания по экрану наведенного помехой тока. Важно исключить взаимное влияние между экраном и проводником, что может быть достигнуто экранированием их друг от друга или прокладкой на расстоянии друг от друга.

Тест

1. Что такое помеха

А) не предусмотренный при проектировании ЭА сигнал, способный вызвать нежелательное воздействие.

Б) металлическая оболочка для ослабления возмущающего поля.

2) Что такое экран

А) металлическая оболочка для ослабления возмущающего поля

Б) источник электрических помех

3. при защите от внутренних помех:

А) экранируется источник помех, защищаемая аппаратура – вне экрана

Б) экранируемая аппаратура внутри экрана, источник помех – вне его

4) внешние помехи –

А) помехи сети электропитания, а также вызванные сварочными аппаратами, щеточными двигателями

Б) напряжения, токи, электрические заряды, напряженность поля

5) Допускает ли сетевой фильтр передачу помех по проводам в сеть от источника электропитания.

А) Нет

Б) Да

6) Источники магнитных помех

А) трансформаторы и дроссели

Б) блоки питания, цепи распределения электроэнергии, термопары, потенциалы, возникающие при трении

7) Источники электрических помех

А) блоки питания, цепи распределения электроэнергии, термопары, потенциалы, возникающие при трении

Б) трансформаторы и дроссели

8) Для защиты аппаратуры от перенапряжений первичной сети в схему сетевого фильтра вводят:

А) газоразрядники, варисторы, стабилитроны, предохранители

Б) газоразрядники, варисторы

В) стабилитроны, предохранители

9) Помехами могут быть

А) напряжения, токи, электрические заряды, напряженность поля

Б) детали механических и электротехнических конструкций

10) Что способен вызвать ЭА сигнал

А) нарушения функционирования, искажения передаваемой или хранимой информации

Б) помехи по проводам в сеть от источника электропитания