Скачать презентацию ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПОЛЯ Лекция 7 по курсу Электромагнитная
Лекция 7 ЭМ поля.ppt
- Количество слайдов: 41
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПОЛЯ Лекция № 7 по курсу Электромагнитная совместимость в электроэнергетике Нестеров С. В.
Электромагнитное поле - особая форма материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между электрически заряженными частицами Электрическое поле Магнитное поле Электромагнитная волна
Классификация полей - постоянные и изменяющиеся поля Постоянные поля Электростатическое поле Магнитостатическое поле
Классификация полей Изменяющиеся поля Квазистатические поля Переменное электрическое поле Электромагнитные волны Переменное магнитное поле
Величины, используемые для характеристики силы поля • Н (А/м) – напряженность магнитного поля • Е (В/м) – напряженность электрического поля • S (Вт/м 2) - плотность потока электромагнитной энергии (вектор Пойнтинга)
Плотность потока электромагнитной энергии На частотах выше 300 МГц в "дальней" зоне излучения обычно измеряется плотность потока электромагнитной энергии (ППЭ), или вектор Пойтинга. Обозначается как S, единица измерения Вт/м 2. ППЭ характеризует количество энергии, переносимой электромагнитной волной в единицу времени через единицу поверхности, перпендикулярной направлению распространения волны.
Международная классификация электромагнитных волн по частотам Наименование частотного диапазона Границы диапазона Наименование волнового диапазона Границы диапазона Крайние низкие, КНЧ 3 - 30 Гц Декамегаметровые 100 - 10 Мм Сверхнизкие, СНЧ 30 - 300 Гц Мегаметровые 10 - 1 Мм Инфранизкие, ИНЧ 0, 3 - 3 к. Гц Гектокилометровые 1000 - 100 км Очень низкие, ОНЧ 3 - 30 к. Гц Мириаметровые 100 - 10 км Низкие частоты, НЧ 30 - 300 к. Гц Километровые 10 - 1 км Средние, СЧ 0, 3 - 3 МГц Гектометровые 1 - 0, 1 км Высокие частоты, ВЧ 3 - 30 МГц Декаметровые 100 - 10 м Очень высокие, ОВЧ 30 - 300 МГц Метровые 10 - 1 м Ультравысокие, УВЧ 0, 3 - 3 ГГц Дециметровые 1 - 0, 1 м Сверхвысокие, СВЧ 3 - 30 ГГц Сантиметровые 10 - 1 см Крайне высокие, КВЧ 30 - 300 ГГц Миллиметровые 10 - 1 мм 7
«Ближняя» и «дальняя» зоны ЭМП В "ближней" зоне, или зоне индукции, на расстоянии от источника r
Основные источники ЭМП Среди основных источников ЭМП можно перечислить: • Электротранспорт (трамваи, троллейбусы, метро, поезда, …) • ВЛ и ОРУ переменного тока высокого и сверхвысокого напряжения 6 -1150 к. В; трансформаторные подстанции (ТП); кабельные линии; • промышленное электрооборудование и технологические процессы- станки, индукционные печи, сварочные агрегаты, … • система электроснабжения зданий напряжением 0, 4 к. В; • Бытовые электроприборы • Теле- и радиостанции (транслирующие антенны) • Спутниковая и сотовая связь (транслирующие антенны) • Радары • Персональные компьютеры • Бытовые электроприборы • …
Измерители электромагнитного поля
Измеритель напряженности поля промышленной частоты П 3 -50 • Диапазон измерения напряженности электрического поля 0. 01 - 180 к. В/м • Диапазон измерения напряженности магнитного поля 0. 01 - 1800 А/м
Измеритель электромагнитных полей и излучений П 3 -70 предназначен для оперативного контроля уровня низкочастотных электромагнитных полей, включая поля промчастоты 50 Гц. 12
Измеритель магнитного поля ИМП– 05 Диапазон рабочих частот: - Полоса I (ИМП-05/1): 5 Гц. . . 2 к. Гц - Полоса II (ИМП-05/2): 2 к. Гц. . . 400 к. Гц Диапазон измеряемых значений магнитной индукции: - Полоса I (ИМП-05/1): 70 н. Тл. . . 1990 н. Тл - Полоса II (ИМП-05/2): 7 н. Тл. . . 199 н. Тл
Измеритель высокочастотного электромагнитного поля измеритель напряженности поля ИПМ-101 Технические характеристики: Электрическое поле: - Диапазон частот 0. 03. . 1200 МГц, 2. 4. . 2. 5 ГГц - Диапазон измерения 1. . 500 В/м (0. 25. . 2 500 мк. Вт/см 2) Магнитное поле: - Диапазон частот 0. 03. . 3 МГц - Диапазон измерения 0. 1. . 50 А/м
Напряженности ЭМ поля на объектах электроэнергетики Объект Напряженность электрического поля, к. В/м Напряженность магнитного поля, А/м ОРУ 500, 750 к. В 1 - 50 10 – 100 ВЛ 330 к. В 1 - 5 10 – 100 ВЛ 110 к. В 0, 1 - 3 0, 1 - 20 …
Результаты измерений распределение магнитного поля в машинном зале ГЭС А/м 16
Результаты измерений – распределение МП на территории ОРУ 110 к. В А/м
Воздействие электромагнитных полей на технические средства Заключается в наводке помех на цепи ТС за счет емкостного, индуктивного или электромагнитного механизма передачи помехи.
ГОСТы, устанавливающие степени жесткости испытаний на устойчивость к воздействию электромагнитных полей • ГОСТ Р 50648 Устойчивость к магнитному полю промышленной частоты – воздействие на ТС магнитного поля частоты 50 или 60 Гц. Источники поля – ВЛ, КЛ, электрические станции и подстанции, промышленные электроустановки, … • ГОСТ Р 51317. 4. 3 Устойчивость к радиочастотному электромагнитному полю - в полосе частот от 80 до 1000 МГц. Источниками поля являются портативные приемопередатчики, стационарные радио и телевизионные передатчики, радиотелефоны.
ГОСТы, устанавливающие степени жесткости испытаний на устойчивость к воздействию электромагнитных полей • ГОСТ Р 50649 Устойчивость к импульсному магнитному полю. Длительность фронта импульса - 6, 4 мкс, длительность импульса - 16 мкс. Источники поля – токоотводы молниеприемников • ГОСТ Р 50652 Устойчивость к затухающему колебательному магнитному полю. Частота колебаний – 0, 1 и 1, 0 МГц. Степень затухания - 50% после 3 -6 периодов. Частота повторения посылок - не менее 40 в секунду при частоте колебаний 0, 1 МГц и не менее 400 посылок в секунду при частоте колебаний 1, 0 МГц. Источники поля – силовые проводники, коммутируемые разъединителями и выключателями.
ГОСТ Р 50648 -94 (МЭК 1000 -4 -8 -93) Устойчивость к магнитному полю промышленной частоты Степени жесткости испытаний на устойчивость к воздействию МППЧ Степень Напряженность МППЧ, А/м жесткости непрерывное магнитное поле кратковременное магнитное испытаний поле (продолжительность 1 -3 с) 1 1 Не применяют 2 3 То же 3 10 " 4 30 300 5 1000 * Напряженность магнитного поля - по согласованию между производителем и потребителем Напряженность и длительность магнитного поля - по согласованию между производителем и потребителем
ГОСТ Р 51317. 4. 3 -2006 (МЭК 61000 -4 -3: 2006) Устойчивость к радиочастотному электромагнитному полю Степени жесткости испытаний на устойчивость к воздействию источников общего применения, цифровых радиотелефонов и других радиочастотных излучающих устройств
ГОСТ Р 50649 -94 (МЭК 1000 - 4 -9 -93) Устойчивость к импульсному магнитному полю Степени жесткости испытаний на устойчивость к воздействию ИМП
ГОСТ Р 50652 -94 (МЭК 1000 -4 -10 -93) Устойчивость к затухающему колебательному магнитному полю Степени жесткости испытаний на устойчивость к воздействию ЗКМП
Влияние ЭМ полей на человека
Естественное поле Земли • Естественное электрическое поле Земли обусловлено избыточным отрицательным зарядом поверхности и составляет на открытой местности примерно 100 -500 В/м (до сотен к. В/м в грозу). • Постоянное магнитное поле Земли создается токами внутри нее. Напряженность магнитного поля составляет 55, 7 А/м у полюсов и 33, 4 А/м у магнитного экватора.
Влияние ЭМ полей на человека Искусственные электрические и магнитные поля являются очень сильными факторами влияния на состояние всех биологических объектов, попадающих в зону их воздействия. Человеческий организм всегда реагирует на электромагнитное поле. Однако, для того чтобы эта реакция переросла в паталогию и привела к заболеванию необходимо совпадение ряда условий – в том числе достаточно высокий уровень поля и продолжительность облучения. Поэтому, при использовании бытовой техники с малыми уровнями поля и/или кратковременно ЭМП бытовой техники не оказывает влияния на здоровье основной части населения. Потенциальная опасность может грозить лишь людям с повышенной чувствительностью к ЭМП и аллергикам, также зачастую обладающим повышенной чувствительностью к ЭМП.
Биологическое действие электромагнитных полей • Экспериментальные данные свидетельствуют о высокой биологической активности ЭМП во всех частотных диапазонах. • При относительно высоких уровнях облучающего ЭМП современная теория признает тепловой механизм воздействия. • При относительно низком уровне ЭМП (к примеру, для радиочастот выше 300 МГц это менее 1 м. Вт/см 2) принято говорить о нетепловом или информационном характере воздействия на организм. • Биологический эффект ЭМП в условиях длительного многолетнего воздействия накапливается, в результате возможно развитие отдаленных последствий, включая дегенеративные процессы центральной нервной системы, рак крови (лейкозы), опухоли мозга, гормональные заболевания. Особо опасны ЭМП могут быть для детей, беременных (эмбрион), людей с заболеваниями центральной нервной, гормональной, сердечно-сосудистой системы, аллергиков, людей с ослабленным иммунитетом. • Согласно многолетним исследованиям неопасной считается плотность тока в организме ~10 м. А/м 2, что соответствует при частоте 50 Гц напряженности полей 20 к. В/м и 4 к. А/м.
Сан. Пи. Н 2. 2. 4. 1191 -03 Электромагнитные поля в производственных условиях Санитарные правила устанавливают на рабочих местах: - временные допустимые уровни (ВДУ) ослабления геомагнитного поля (ГМП), - ПДУ электростатического поля (ЭСП), - ПДУ постоянного магнитного поля (ПМП), - ПДУ электрического и магнитного полей промышленной частоты 50 Гц (ЭП и МП ПЧ), - ПДУ электромагнитных полей в диапазоне частот >= 10 к. Гц – 30 к. Гц, - ПДУ электромагнитных полей в диапазоне частот >= 30 к. Гц - 300 ГГц.
Сан. Пи. Н 2. 2. 4. 1191 -03 Предельно допустимые уровни Тип воздействия ПДУ Ослабление геомагнитного поля в помещениях Не более, чем в 2 раза Электростатическое поле Постоянное магнитное поле Воздействие: Общее (локальное) 20 к. В/м – неограниченно Е=60/√t при t более 1 часа 60 к. В/м не более 1 часа 10 мин – 24 (40) к. А/м 11– 60 мин – 16 (24) к. А/м 61 -480 мин – 8 (12) к. А/м Электрическое поле частотой 50 Гц 5 к. В/м в течении смены T = (50/E) – 2 при Е=5. . 25 к. В/м 20 -25 к. В/м не более 10 мин Магнитное поле частотой 50 Гц Воздействие: Общее (локальное) Менее 1 часа – 1600 (6400) А/м 2 часа – 800 (3200) А/м 4 часа – 400 (1600) А/м 8 часов – 80 (800) А/м Электромагнитное поле диапазона частот ≥ 10 - 30 к. Гц (Е и Н) 500 В/м и 50 А/м в течение смены 1000 В/м и 100 А/м до 2 часов Электромагнитные поля диапазона частот ≥ 30 к. Гц - 300 ГГц См. след. слайд
Предельно допустимые уровни электромагнитных полей диапазона частот ≥ 30 к. Гц - 300 ГГц Энергетическая экспозиция в диапазоне частот ≥ 30 к. Гц - 300 МГц рассчитывается по формулам: ЭЭе = Е·Т, (В/м)·ч, ЭЭн = Н·Т, (А/м)·ч Энергетическая экспозиция в диапазоне частот ≥ 300 МГц - 300 ГГц рассчитывается по формуле: ЭЭппэ = ППЭ·Т, (Вт/м 2)·ч, (мк. Вт/см 2)·ч, где Т - время воздействия за смену (час. ). Максимальные допустимые уровни напряженности электрического и магнитного полей, плотности потока энергии ЭМП :
Магнитное поле промышленной частоты в жилых помещениях B = μ 0 H 1 мк. Тл ≈ 0, 8 А/м • Согласно докладу рабочей группы CIGRE для всех людей допускается неограниченное время воздействия МП напряженностью 80 А/м. Однако, в последние годы все чаще говорят о необходимости снижения допустимого уровня МП, зачастую локально, например, около школ, площадок для игр и т. д. • В свою очередь, причиной повышенного уровня магнитного поля, как правило, являются недостатки в проектировании, монтаже и эксплуатации распределительных сетей в зданиях. Российская предельно-допустимая гигиеническая норма 10 мк. Тл внутри жилых помещений и 50 мк. Тл на территории зоны жилой застройки (Сан. Пи. Н 2. 1002 -00). • Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) рекомендует придерживаться в качестве безопасного уровня 0, 2 мк. Тл, учитывая относительную неизученность отдаленных последствий воздействия этого фактора. Поэтому ВОЗ рекомендует придерживаться предупредительного принципа, т. е. всеми доступными средствами ограничивать воздействие МП ПЧ на организм человека
Уровни магнитного поля промышленной частоты бытовых электроприборов на расстоянии 0, 3 м 33
Поля воздушных линий электропередачи
В трехфазных электроустановках МП за счет фазового сдвига токов в токоведущих частях является вращающимся, эллиптически поляризованным. За нормируемое значение напряженности вращающегося МП принято эффективное значение синусоиды, имеющей амплитуду, равную большой полуоси эллипса, описываемого вектором напряженности в данной точке 35
Результаты измерений магнитного и электрического поля в коридоре двух ВЛ 500 к. В
Допустимые уровни воздействия электрического поля ВЛ ПДУ, к. В/м Условия облучения 0, 5 внутри жилых зданий 1, 0 на территории зоны жилой застройки 5, 0 в населенной местности вне зоны жилой застройки; (земли городов в пределах городской черты в границах их перспективного развития на 10 лет, пригородные и зеленые зоны, курорты, земли поселков городского типа в пределах поселковой черты и сельских населенных пунктов в пределах черты этих пунктов) а также на территории огородов и садов; 10, 0 на участках пересечения воздушных линий электропередачи с автомобильными дорогами 1 – IV категорий; 15, 0 в ненаселенной местности (незастроенные местности, хотя бы и часто посещаемые людьми, доступные для транспорта, и сельскохозяйственные угодья); 20, 0 в труднодоступной местности (недоступной для транспорта и сельскохозяйственных машин) и на участках, специально выгороженных для исключения доступа населения.
Основной принцип защиты здоровья населения от электромагнитного поля ЛЭП состоит в установлении санитарно-защитных зон для линий электропередачи и снижением напряженности электрического поля в жилых зданиях и в местах возможного продолжительного пребывания людей путем применения защитных экранов. Границы санитарно-защитных зон для ЛЭП которых на действующих линиях определяются по критерию напряженности электрического поля - 1 к. В/м. Границы санитарно-защитных зон для ЛЭП согласно СН № 2971 -84 Напряжение ЛЭП Размер санитарнозащитной (охранной) зоны 330 к. В 500 к. В 750 к. В 1150 к. В 20 м 30 м 40 м 55 м
В пределах санитарно-защитной зоны ВЛ запрещается: • размещать жилые и общественные здания и сооружения; • устраивать площадки для стоянки и остановки всех видов транспорта; • размещать предприятия по обслуживанию автомобилей и склады нефти и нефтепродуктов; • производить операции с горючим, выполнять ремонт машин и механизмов. • Территории санитарно-защитных зон разрешается использовать как сельскохозяйственные угодья, однако рекомендуется выращивать на них культуры, не требующие ручного труда.
Вопросы к зачету 1. Электромагнитные поля, их воздействие на технические средства. Степени жесткости испытаний. 2. Влияние электромагнитных полей на человека. Поля ВЛ. ПДУ на электромагнитные поля.
Спасибо за внимание !