56 Як проводиться екранування джерел електромагнітних випромінювань?
Джерелами випромінювання електромагнітної енергії радіочастотного діапазону є різноманітні установки Це - потужні телевізійні і радіостанції, радіолокаційні пристрої та промислові установки вісокочас стотние нагріву і, нарешті, вимірювальні, контрольні і лабораторні прилади різного призначення і монітори джерелами випромінювання можуть бути також будь-які елементи високочастотного цепьга.
Електромагнітні поля (ЕМП) можуть негативно впливати на організм людини Первинним проявом дії електромагнітної енергії є нагрів, який може привести до змін і навіть пошкодження тканин і органів нагрів їй особливо небезпечний для органів із слабкою терморегуляцією і в складі яких багато води (мозок, очі, нирки, насінні залози) Коливання надвисоких частот викликають також помутніння кришталика окока.
ЕМП характеризується довжиною хвилі X (м), або частотою коливань / "(Гц):
де с = 3 • 108 м / с - швидкість поширення радіохвиль, І - період коливань, з
Робочі місця обслуговуючого персоналу можуть виявитися в таких зонах ЕМП: ближній, проміжній і дальній - в залежності від частоти поля, параметрів випромінюючої системи і відстані від джерела випромінювання ня до робочого місця.
При изотропном (всенаправленний) випромінюванні ближня зона (зона індукції) поширюється на відстань, м:
далека зона (хвильова зона) починається на відстанях г ^ 3 Я При направленому випромінюванні:
де d-діаметр відбивача антени, м
Змінна ЕМП є сукупністю двох взаємопов'язаних змінних полів - електричного і магнітного, які характеризуються відповідними векторами напруженості Е (В / м) і І (А / м) Між ними при поширенні ЕМ МП в повітрі в далекій зоні існує співвідношення:
де 377 - коефіцієнт пропорційності, В / А, а в середовищі, є електропровідним:
де з - кругова частота електромагнітних коливань (зі = 2 до J), рад / с; ц-магнітна проникність середовища, Гн / м; v - питома електропровідність, См / м (См = 1 / ом) к-коефіцієнт; z-глибина проникнення ЕМП в екран, м.
Гранично допустимий рівень (ПДУ) щільності потоку енергії ЕМП (Вт / м2) в діапазоні частот 300 МГц 300 ГТц визначають за формулою:
де ЕНгдр - нормативне значення енергетичного навантаження за робочий день (2 Втгод / м2);
Т - час перебування в зоні опромінення за робочу зміну, ч. При цьому максимальне значення ГПЕгдр не повинно перевищувати 1 ОВТ / м
Для захисту персоналу від шкідливого впливу ЕМП використовують: зменшення потужності випромінювання, екранування (джерела ЕМП чи робочого місця), видалення робочого місця на безпечну відстань, зменшення часу перебування в небезпечній зоні, застосування засобів індивідуального захисту та інші заході.
На стадії проектування різних високочастотних установок і радіоелектронної апаратури необхідно виконувати попередній розрахунок можливої інтенсивності ЕМП на робочому місці
Відомо, що амплітуда електричної складової поля в ближній зоні зменшується обернено пропорційно кубу відстані від джерела випромінювання, а магнітної складової-обернено пропорційно квадрату цієї відстій Тані У далекій зоні амплітуди обох складових приходять обернено пропорційно першого ступеня отстанеті.
При випромінюванні напруженість електричного, В / м і магнітного, А / м, полів на робочому місці визначають за формулами: в ближній зоні а) для провідника (антени)
де I - сила струму в провіднику (антені), А; /-Довжина провідника (антени), м;
є - діелектрична проникність середовища, Ф / м (для повітря е - 1), А) - кругова частота поля рад / с (з "); / - частота поля, Гц;
г - відстань від джерела випромінювання, м б) для котушки Н - Іпа 14г де n - число витків котушки, а - радіус котушки, м; в далекій зоні
При направленому випромінюванні щільність потоку енергії (ГПЕ), Вт / м2, визначають за формулами (по осі спрямованості): в ближній зоні
де Б-геометрична площа антени, м;
Рс - середня потужність випромінювання, Вт (для установок, що працюють в
імпульсному режимі Р = Рііп -, де Рип - потужність випромінювання в імпульсі
Вт; т - тривалість імпульсу, с; Г-період проходження імпульсів, с) в проміжній зоні -
де ГБЛ з - радіус ближньої зони; в далекій зоні -
де ga - коефіцієнт посилення антени по потужності
де до - коефіцієнт, що враховує конструкцію антени (до = 3 10);
5 ^ - ефективна площа антени, м2, 5е = ^ 5 (п = 0,4 0,7 - коефіцієнт)
Розрахунок за наведеними формулами є орієнтовним і підлягає перевірці після влаштування установки
Як екрануються джерела випромінювання?
Основною характеристикою кожного екрану є рівень ослаблення ЕМП (ефективність екранування), який являє собою відношення параметра ЕМП в даній точці в відсутності екрану (Е, Н, ГПЕ) до того ж показника а в тій же точці при наявності екрану (Її, Не, ГПЕе ) Наприклад:
Конструкції і розміри екранів можуть бути різними відповідно до умов застосування конструкції можуть бути замкнутими або незамкненими, відбивними або поглинають
Для поглинаючих екранів використовують основу з каучуку, поролону, полістиролу і т.п. з електропровідними добавками (активоване вугілля, сажа, порошок карбонільного заліза), а також керамічно-металеві до композицій.
Для відбивних екранів кращими матеріалами є мідь, латунь, алюміній, а також сталь Ефективність екранів залежить від частоти
ЕМП, матеріалу екрану, його розмірів і якості конструкції Екрани можуть бути суцільними і сітчастими
Товщина екрана а мм, виготовленого з суцільного матеріалу, яка забезпечить заданий ослаблення, визначається за формулою:
де G - заданий ослаблення інтенсивності поля; / - частота поля, Гц;
/ І - абсолютна магнітна проникність матеріалу екрану, Гн / м (міді - 0,99999 • • 10 "6, алюмінію - 1,000023 - 108, стали - 72тг • 10" 6);
v - питома електрична провідність матеріалу, См / м (міді - 0,59 • 108, латуні -1,25 -108, алюмінію -0,40-108, стали - 0,10 - 108)
Ослаблення сітчастими екранами (дБ) можна визначити за формулою:
Де 8 - крок сітки, м; Гд - радіус дроту, м; Р - кут падіння хвилі на сітку
Формула дійсна при відносинах: б / А 1 г / А 0,04; г0 / Ь 0,1 і за умови, що сітка знаходиться в хвильової зоні випромінювання
Слід зазначити, що при частотах поля великих 100 кГц достатньою буде товщина екрана в соті частки міліметра На практиці ж її приймають з конструктивних міркувань 0,5-І мм
Екранування робочого місця, застосовується, якщо неможливо екранувати джерело випромінювання Для цього споруджують невеликі кабіни або ширми з металу з покриттям їх ззовні поглинають матеріалами
Приклад 1 Визначити мінімальну товщину суцільного екрану з міді для високочастотної установки изотропного випромінювання з частотою 60 кГц Довжина провідника 4 м, сила струму 130 а Робоче місце розташоване на а відстані їм від джерела ізлученіяння.
Приклад 2 Визначити необхідну товщину суцільного екрану з алюмінію для робочого місця, розташованого в г = 20 м від антени спрямованого випромінювання, радіус якої Л я 2 м Потужність випромінювання Р Р = 400 Вт, частота / я 16000 МГц Час перебування персоналу в зоні випромінювання Т = 6 ч коефіцієнт к = 8, коефіцієнт т | = 0 0,7.
Приклад 3 Визначити відстань, на якому не потрібно екранування від випромінювача ЕМП у вигляді спрямованої антени, ефективна площа якої восьмий = 0,8 м, потужність Р = 1500 Вт, працює на частоті 20 ГТц Час оп випромінювання прийняти Т = 24 год Коефіцієнт к = = 6.