3.ПРИМЕР РАСЧЕТА. Исходные данные:

•размеры помещения – 16×10×5 м3;

•количество сварочных постов а – 2;

•масса электродов, расходуемых за 1 час сварки на каждом посту b – 1,4 кг/ч;

•марка электродов – СМ-5: N=3800 м3/кг; G=12,0 г/кг;

•число работников в цехе nл– 5 чел;

•эффективности работы форсунок Еф и эжекторов Еэ: Еф=0,75; Еэ=0,92;

•расходы очищаемого форсунками Qф и эжектором Qэ воздуха: Qф=137 м3/мин; Qэ=134 мЗ/мин;

•характер пыли – марганцевая, Спдк=0,2 мг/м3.

Решение:

а) по формуле (1) определяем количество воздуха, подаваемого в помещение для разжижения газов от сварочных работ:

Q	N	3800	=177,3	3 /
	=мa bмин = 2 1, 4				;
св	60	60

б) интенсивность пылевыделения от сварочных работ рассчитываем по формуле (2):

Iп.св =мгa bс G		100	= 2 1, 4		12		100		= 0,93 /	;
							3600
	3600
в) проверка Qсв по формулам (3) и (4):
Q =мK Vмин= 3 16 10				5		= 40 3 /			;
к	пом		60

Qм= 60минnл		= 60	5	= 5	3 /	;
л	60	60

принимаем Qв=Qсв=177,3 м3/мин;

г) начальная запыленность определяется по формуле (5) и сравнивается с ПДК:

35

		I		0,93	60		3 > 0, 2 /	3
	Cмг=мп.св		=	мг	м	= 0,31 /
								;
	нач	Qв		177,3

д) уровень снижения интенсивности пылевыделения по формулам (7):

∆I	п.ф	=мгQ сE C	нач	= 137	0,75 0,31 = 0,53 /
		ф ф		60

∆I	п.э	= Qмг Eс C	нач	= 134	0,92 0,31 = 0,64 /
		э э		60

;

;

е) остаточные запыленности воздуха в помещении согласно формуле (6):

Cмг

м=

Iп.св −∆Iп.ф

=

(0,93 −

0,53) 60

= 0,13

/

3

;

ост.ф

Qв

177,3

Cмг

=м

Iп.св −∆Iп.э

= (0,93 −0,64) 60 = 0,1 /

3

;

ост.э

Qв

177,3

ж) абсолютные эффективности согласно (8):

E

=

Cнач −Cост.ф

100%

=

0,31

−0,13

100% = 58%

;

ф.п

Cнач

0,31

E

э.п

=

Cнач −Cост.э

100% = 0,31−0,1 100% = 68%

;

Cнач

0,31

з) относительная эффективность эжектора в сравнении с форсунками согласно

(9):

E

=

Сост.ф −Сост.э

100%

=

0,13

−0,1

100 = 23%

.

CС

(

)

0,13

отн

ост.э

ост.ф

36

Вывод: Начальная запыленность воздуха Снач =0,31 мг/м3 превышает величину ПДК=0,2 мг/м3. После проведения мероприятий по пылеподавлению Сост.ф=0,13 мг/м3 и Сост.э=0,1 мг/м3. При этом абсолютная эффективность применения форсунок и эжекторов составила 58% и 68% соответственно. Относительная эффективность применения эжекторов по сравнению с форсунками составляет 23%.

Контрольные вопросы:

1.Дайте определение понятию «пыль».

2.Что такое «остаточная запыленность воздуха»?

3.Дайте определение термину «предельно допустимая концентрация».

4.Какие способы пылеподавления применяются на производстве?

5.От чего зависит эффективность работы средств пылеподавления?

6.Назовите виды оценок эффективности средств пылеподавления.

Список литературы:

1.Ушаков К.З., Каледина Н.О., Кирин Б.Ф. и др. Безопасность жизнедеятельности.- М., МГГУ, 2000.

2.С.В. Белов, В.А. Девисилов, А.В. Ильницкая и др. Безопасность жизнедеятельности.- М., Высшая школа, 2005.

3.ГН 2.2.5.1313-03 Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны.

37

Таблица 4

Варианты заданий

		Число	Объем	Число	Масса		Марганцевая пыль с
							различным
	№	пос-	поме-	работ-	сжигаемых	Тип
							содержанием Mn и
	вар.	тов,	щения,3	ников,	электродов,	электродов
							оксидов Mn
		а	Vпом , м	nл	b, кг		Спдк, мг/м3
	1	2	500	4	1,5	АНО-17	0,2
	2	2	500	4	1,6	АНО-4С	0,1
	3	2	500	4	1,7	АНО-20	0,3
	4	2	600	4	1,8	СМ-5	0,3
	5	3	600	6	1,9	КПЗ-32Р	0,1
	6	4	600	6	1,0	МР-1	0,3
	7	4	1000	6	1,1	МР-3	0,3
	8	3	1000	6	1,2	ОЗС-А	0,1
	9	3	700	5	1,3	ОЗС-12	0,1
	10	3	700	5	1,4	РБУ-4	0,1
	11	4	300	5	2,1	АНО-Т	0,3
	12	1	300	3	2,0	УОНИ-13/45	0,3
	13	1	400	3	2,2	УОНИ-13/85	0,3
	14	3	400	3	1,8	ЦЛ-21	0,3
	15	1	400	3	1,9	ЦУ-5	0,3
	16	4	800	4	1,3	АНО-4С	0,1
	17	4	800	4	1,4	АНО-20	0,3
	18	4	900	2	2,1	КПЗ-32Р	0,1
	19	4	900	2	2,0	УОНИ-13/45	0,3
	20	4	800	2	2,2	МР-3	0,3

38

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №10

РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ЗАЩИТНЫХ ЭКРАНОВ ОТ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ

Цель занятия – закрепление теоретических знаний, полученных при изучении раздела «Электромагнитные излучения», формирование навыков по расчету параметров защитных средств и мероприятий от электромагнитных излучений.

1.ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1.Основные характеристики электромагнитного поля

ЭМП представляет собой вид материи, оказывающий на заряженные частицы силовое воздействие и определяемый во всех точках двумя векторными величинами, которые характеризуют две его стороны — электрическое поле и магнитное поле. Электрическое поле — составляющая ЭМП, которая характеризуется воздействием на электрически заряженную частицу с силой, пропорциональной заряду частицы и не зависящей от ее скорости. Магнитное поле (МП) — это составляющая ЭМП, которая характеризуется воздействием на движущуюся частицу с силой, пропорциональной заряду частицы и ее скорости.

Объективно существующей реальностью является единое ЭМП в виде неделимой совокупности электрического и магнитного полей. Деление ЭМП на электрическую и магнитную составляющие обусловлено конкретными условиями. ЭМП характеризуется: Н - вектором напряженности магнитного поля; Е — вектором напряженности электрического поля; D - вектором электрического смещения или электрической индукции; В - вектором магнитной индукции. Кроме того, с ЭМПсвязаны объемные плотности тока j и заряд p, создаваемые полем или создающим это поле. Для оценки электрической поляризуемости и магнитной восприимчивости сред используют: ε – абсолютную диэлектрическую проницаемость, μ – абсолютную магнитную проницаемость. Кроме того, различные среды различаются по значениям их удельной электрической проводимости γ.

Виды магнитного поля.

Постоянное магнитное поле (ПМП). Применение ПМП в технологических процессах основано на его взаимодействии с ферромагнитными материалами и потоками электрически заряженных частиц. Ферромагнетики, помещенные в ПМП, испытывают механическое силовое воздействие. На этом основано действие магнитных приспособлений для крепления деталей при металлообработке, устройств перемещения

39

металлических деталей, магнитосепараторов и т.п. На свойстве изменять траекторию и скорость движения заряженных частиц основано применение ПМП в электровакуумных приборах, при электронно-лучевой сварке и фрезировании, при ионном легировании и травлении полупроводниковых материалов. ПМП используется при исследовании веществ методами ядерного магнитного резонанса (ЯМР) и электронного парамагнитного резонанса

(ЭПР).

Основными источниками ПМП являются постоянные магниты и электромагниты. Постоянные магниты изготавливаются из магнитотвердых материалов, намагниченных в мощном магнитном поле. Особенно высоким значением остаточного намагничивания обладают ферромагнитные материалы на основе оксидов железа и бария, а также на основе сплавов кобальта с редкоземельными металлами. ПМП постоянных магнитов оказывает локальное действие на людей, работающих при изготовлении, сборке и контроле магнитных систем.

Электромагниты, в особенности со сверхпроводящими обмотками, а также электрические системы постоянного тока электролизеров характеризуются значительными магнитными полями рассеивания в зоне нахождения персонала.

Переменные магнитные поля с частотой 50 Гц (ПеМП). В настоящее время во вспомогательных производствах широко используется контактная сварка переменным током частотой 50 Гц (точечная, шовная, рельефная, стыковая и др.). Эксплуатация оборудования контактной сварки сопровождается созданием на рабочих местах ПеМП с частотой 50 Гц. Основными источниками ПеМП являются сильноточные цепи, т.е. элементы вторичной цепи сварочного трансформатора. ПеМП, создаваемое оборудованием контактной сварки, представляет кратковременные повторяющиеся импульсы, состоящие из одного или более периодов синусоидальных колебаний с частотой 50 Гц. Величина ПеМП на рабочем месте зависит от силы тока, размеров и формы источников тока, а также от расстояния между рабочими и источниками в момент прохождения сварочного тока.

Импульсные магнитные поля (ИМП). Наиболее широко ИМП используются в установках магнитоимпульсной штамповки. Для накопления энергии и выделения ее в индукторе используется генератор токов с частотой 5- 20 кГц.

Возникновением ИМП сопровождается также процесс электрогидравлической штамповки. Физическая сущность этого процесса состоит в том, что при осуществлении внутри объема жидкости, находящейся в сосуде, высоковольтного импульсного разряда в зоне его действия возникают импульсные сверхвысокие гидравлические давления. В начальный момент плотность тока в канале разряда превышает 1,8х106 А/см2.

В таблице 1 приведены значения напряженности магнитного поля на

40

рабочих местах и вблизи установок являющихся источниками магнитных полей.

Таблица 1

Напряженность ПМП на рабочих местах или вблизи электроустановок

	Вид работ или тип	Род	Напряженность магнитного поля (кА/м)
				на уровне
	электроустановок	ЭМП
			рук	груди	головы	туловища
	Изготовление	ПеМП	1,6-4,0	0,21-0,4	0,24-0,4
	постоянных магнитов
	Магнитная	ПеМП	80
	дефектоскопия
	Сборка магнетронов и	ПМП	8-56			2-6
	магнитных систем
	ИМР и ЭПР	ПМП	80-160	4-20	4-20
	Электролазеры					32
	Магинтоимпульсные	ИМП				0,6-2,5
	Электрогидравлические	ИМП				0,17-2,8

1.2. Биологическое действие магнитных полей

Степень воздействия ПеМП зависит от ряда параметров магнитного поля: напряженности, частоты, градиента, формы, импульса, времени воздействия и др. Биологическое действие ПеМП определяется в первую очередь напряженностью и временем действия (экспозицией). Действие ПеМП связано, в первую очередь, с возникновением в теле вихревых токов. Уровень наведенной плоскости тока порядка 10-50 мкА/см2 соответствует пороговому для стимуляции сенсорных рецепторов и мышечных клеток. При наведенной плоскости тока 100 мкА/см2 возрастает вероятность фибрилляции желудочков сердца.

Вредное воздействие МП на организм человека проявляется в повышенной утомляемости, головных болях, в снижении скорости реакций на внешние раздражители, в повышенной восприимчивости к инфекционным заболеваниям.

Влияние МП на центральную нервную систему (ЦНС) животных выражается в снижении двигательной активности, уменьшении величины реакции на внешние раздражители, т.е. в преобладании тормозных процессов. Реакция ЦНС на действие МП проявляется сравнительно медленно, через десятки секунд, в отличие от реакции на свет, звук, проявляющихся через доли секунды. Эксперименты, проведенные на людях, показывают, что человек, начинает ощущать магнитное поле , если оно действует не менее 3 – 7 секунд. Это ощущение сохраняется некоторое время (около 10 сек) и после окончания действия МП.

В настоящее время существует большое количество гипотез ,

41

объясняющих биологическое действие МП. В табл. 2 приведены значения напряженности МП, при которой начинает действоват ь тот или иной физический механизм. Очевидно, что физические механизмы, проявляющиеся на биологическом уровне при напряженностях в десятки кА/м, не могут являться первопричиной функциональных расстройств организма. Известно, что биологическая чувствительность к МП довольно высока и составляет единицы нанотесла (нТл). В этом случае внешнее МП становится сравнимым с собственным МП биообъектов.

Полностью безвредным для человека в течение длительного времени следует признать МП, имеющее порядок геомагнитного по ля и его аномалий, т.е. напряженность МП порядка 0,2 кА/м. При более высоких напряженностях МП начинает проявляться реакция на организменном уровне. Характерной чертой этих реакций является длительная задержка относительно начала действия МП, а также ярко выраженный кумулятивный эффект при длительном действии МП.

		Таблица 2
	Физические механизмы действия магнитного поля
	Физические механизмы действия
№	магнитного поля (МП), источники МП,	Напряженность МП,
п/п	биологические уровни	кА/м
1.	Нарушение пространственной ориентации	800
	биомолекул
2.	Магнитогидротормозной эффект	160
3.	Изменение электропроводности воды	115
4.	ЭДС самоиндукции, соответствующая	80
	собственным биопотенциалам
5.	Магнитные эффекты в химических	8-80
	реакциях
6.	Увеличение вязкости воды	11
7.	Предельно допустимый уровень при 8-	8
	часовом рабочем дне для ПМП
8.	Курская магнитная аномалия	0,16
9.	Геомагнитное поле	0,03-0,05

1.3 Нормирование магнитных полей

Кумулятивный характер действия МП позволяет классифицировать его как вредный фактор, т.е. производственный фактор, который, действуя в течение длительного времени, приводит к профессиональным заболеваниям. При нормировании большинства вредных факторов кроме их максимального значения вводится допустимое время пребывания в зоне их действия.

42

Предельно допустимый уровень воздействия ПМП для производственных условий соответствует напряженности МП, равной 8 кА/м (СН № 1742 - 77), что соответствует магнитной индукции - 10 мТл. Данное значение не должно превышаться в течение рабочего дня при воздействии ПМП (непрерывного или прерывистого), которому подвергается человек при работе с магнитными устройствами или магнитными материалами.

Нормы ЭМИ представлены в табл. 3-5.

Таблица 3

Предельно допустимая напряженность электрического поля на рабочем месте в течение смены

Длительность воздействия поля	До	2	3	4	5	6	7	8	9
на человека t, ч.	1
Предельно допустимая	60	42,5	34,6	30	26,8	24	22,7	21,2	20
напряженность поля, Едоп, кВ/м

Примечание: промежуточные значения Едоп в пределах времени воздействия от 1 до 9 ч могут определяться по формуле Едоп=60/√t.

Указанные в таблице нормативы при напряженности выше 20 кВ/м применяются при условии, что остальное время рабочего дня напряженность не превышает 20 кВ/м.

Таблица 4

Предельно допустимое время пребывания человека в электрическом поле в течение суток

Напряженность электрического	Времяпребывания человекав электрическом поле
поля Е, кВ/м	в течение суток, мин.
менее 5	без ограничения
от 5 до 10	не более 180
свыше 10 до 15	не более 90
свыше 15 до 20	не более 10
свыше 20 до 25	не более 5

Таблица 5

Предельно допустимое время пребывания человекав электрическом поле в течение суток

Мощность ЭМИN,	Времяпребывания человекав ЭМП
мкВт/см2	в течение суток, мин.
менее 2	без ограничения

43

не более 10	480
10-100	120
100-1000	20

2.ЗАЩИТА ОТ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ

2.1.Воздействие ЭМП на человека

Взависимости от места нахождения работающего относительно источника излучения он может подвергаться воздействию преимущественно электрической (магнитной) составляющей поля или воздействию сформированной электромагнитной волны, основным параметром которой является плотность потока энергии.

Взависимости от воздействия источника ЭМП на персонал принято различать четыре вида облучения: профессиональное, непрофессиональное; в быту; облучение в лечебных целях.

Для профессионального облучения характерно многообразие режимов генерации и вариантов воздействия (в ближней зоне, в зо не индукции, общее, местное, сочетающееся с действием других неблагоприятных факторов среды). Для непрофессионального облучения характерно в большинстве случаев облучение в волновой зоне. Ему подвергаются специалисты различных профилей, работающие в зоне действия мощных радиотехнических систем. Облучение может носить характер изолированного (от одного источника), совместного (от двух и более источников одного частотного диапазона), смешанного (от двух и более источников различных диапазонов) и комбинированного (в случае действия одновременно какого-либо другого неблагоприятного фактора). Воздействию ЭМП может подвергаться все тело работающего (общее облучение) или части тела (локальное или местное облучение).

Внастоящее время наиболее полно исследовано воздействие электромагнитных волн СВЧ диапазона, являющегося наиболее биологически активным. Принято различать две формы нарушений функционирования организма человека: острую и хроническую, которые в свою очередь подразделяются на три степени: легкую, средней тяжести и тяжелую.

Клегким принято относить функциональное нарушения, не требующие длительного лечения и не сопровождающиеся впоследствии снижением трудоспособности. Поражения средней тяжести характеризуются выраженными

истойкими функциональными нарушениями,требующими длительного лечения. Они, как правило, сопровождаются снижением трудоспособности. Для тяжелой формы характерно развитие поражений органов или систем, требующих серьезного и длительного лечения. Выздоровление не всегда оказывается полным. Иногда необходим перевод пострадавшего на инвалидность.

Острые формы поражений встречается крайне редко. Их возникновение

44

связано с аварийными ситуациями или грубыми нарушениями правил техники безопасности. Характерными признаками такого поражения являются нарушения в различных системах и тканях организма. Ведущее место среди заболеваний занимает остро развивающееся астеноневратическое состояние.

При относительно низких уровнях излучений возникают головокружение, слабость, головная боль, тошнота, могут изменяться ритм сердечных сокращений и артериальное давление. Нарушения отличаются стойкостью и сохраняются до полутора – двух месяцев. При больших уровнях облучения могут возникать поражения глаз (развитие катаракты) и семенников.

Симптомы и течение хронических радиоволновых поражений не имеют строго специфических проявлений. Характерно развитие астенических состояний, нарушение деятельности сердечно-сосудистой системы (радиоволновой синдром). При этом наблюдается слабость, повышенная утомляемость, беспокойный сон, боли в области сердца, повышенная потливость, ухудшение памяти, тремор рук и век. Одним из немногих специфических проявлений, вызываемых электромагнитными полями радиочастот, является катаракта (помутнение хрусталика глаза).

2.2. Классификация и обзор методов и средств защиты от ЭМП

Средства и методы защиты от ЭМП можно разделить условно на три группы:

- организационные (создают условия работы и отдыха, при которых удается снизить до минимума время нахождения людей под облучением и предотвратить их попадание в зоны с высокой плотностью потока энергии);

-лечебно-профилактические (направлены на повышение сопротивляемости организма к воздействию ЭМП и лечение);

-инженерно-технические (направлены на снижение уровня ЭМП до допустимых значений).

Ниже дан обзор инженерно-технических решений, составляющих основу методов защиты от ЭМП.

Уменьшение мощности излучения.

При проведении работ по настройке, отработке, при испытаниях и эксплуатации радиоизлучающей аппаратуры для уменьшения мощности излучений (борьба в источнике излучений) применяют поглощающие нагрузки.

Полное поглощение энергии происходит в конечных нагрузочных сопротивлениях (поглотителях мощности), используемых в качестве эквивалентов согласованных антенн и нагрузок аппаратуры. Они представляют собой отрезки коаксиальных или волневодных линий, частично заполненные радиопоглощающим материалом, который поглощает

45

большую часть подводимой электромагнитной энергии и отражает лишь ее незначительную часть.

Поглощаемая в радиопоглощающем материале (заполнителе) энергия ЭМП преобразуется в тепловую, для отвода которой служат ребра, вода. Заполнителями служат песок, гравий, резина. Промышленностью выпускаются поглотители на различные длины волн ( λ= 3,1...З,5 см и λ=

6...1000 см) и мощности (5, 10, 30 , 50, 100, 250 Вт).

Для понижения уровня мощности до необходимого значения (частичное поглощение) применяют аттенюаторы. По принципy действия их подразделяют на поглощающие и предельные. Поглощающие аттенюаторы представляют собой отрезок волноводной или коаксиальной линии с радиопоглощающим покрытием, которое поглощает часть излучаемой электромагнитной энергии.

Предельные аттенюаторы выполняют в виде отрезков предельных волноводов, диаметр таких волноводов значительно меньше критической длины волны. Волновод, по которому передаются электромагнитные волны, можно разбивать на вполне определенное число волноводов небольших размеров (предельных волноводов), в которых происходит быстрое затухание электромагнитной волны. Такой волновод является предельным аттенюатором. Ослабление на 1см такого круглого волновода рассчитывается по формуле:

σ0 = 17,2 π √ε r/ λкр,

(1)

где ε r – относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика, заполняющего волновод,

λкр = 3,4 R (R – радиус волновода). Для воздуха σ0 = 17,2/ λкр, дБ/см.

Аттенюаторы могут быть переменными или фиксированными. Переменные аттенюаторы характеризуются тем, что их мощность на выходе можно плавно регулировать, изменяя и одновременно замеряя значения ослабления поля, достигаемого с помощью аттенюатора. В фиксированных аттенюаторах степень ослабления мощности остается постоянной.

Защита расстоянием.

Для защиты населения вокруг крупных источников электромагнитных излучений создают санитарно-защитные зоны. Внешняя граница санитарно-защитной зоны находится на высоте 2м от поверхности по предельно допустимым уровням электромагнитного поля. Непосредственно к санитарно-защитной зоне примыкает зона ограничения застройки. Зона ограничения застройки - это территория, где на высоте более 2м от поверхности земли превышены предельно допустимые уровни. Внешнюю границу зоны ограничений определяют по максимальной высоте

46

зданий перспективной застройки. На уровне верхнего этажа предельно допустимые уровни не должны превышать допустимых значений. Санитарно-защитную зону вокруг объектов необходимо ограждать и охранять.

Территорию зоны ограничений разрешается использовать для застройки различного функционального назначения при соблюдении в местах пребывания населения предельно допустимых уровней облучения. В табл. 6, 7 приведены размеры санитарно-защитных зон вокруг типовых передающих радиостанций.

Таблица 6

Размеры санитарно-защитных зон вокруг типовых передающих радиостанций

	Передатчик	Наименование объекта	Санитарно-защитная зона, м
	Малой мощности	Длинноволновые	10
		Средневолновые	20
	(до 5 кВт)
		Коротковолновые	175
	Средней мощности	Длинноволновые	10-75
		Средневолновые	20-150
	(от 5 кВт до 25 кВт)
		Коротковолновые	175-400
	Большой мощности	Длинноволновые	75-480
		Средневолновые	150-960
	(от 25 кВт до 100 кВт)
		Коротковолновые	400-2500
	Сверхмощный	Длинноволновые	Более 480
		Средневолновые	Более 960
	(св. 100 кВт)
		Коротковолновые	Более 2500

Таблица 7

Размеры санитарно-защитных зон вокруг типовых передающих радиостанций

		Количество	Суммарная мощность	Санитарно-
	Передатчик		объекта с учетом УВК
		программ	и ЧМ вещания, кВт	защитная зона, м
	Малой			В пределах
	мощности	1	До 10	технической
	(до 5/2,5 кВт)			территории
	Средней
	мощности	1	До 75	200-300
	(до 25/7,5 кВт)
	Большой	2	До 160	400-500
	мощности

47

	(до 50/15 кВт)
	Сверхмощный	3	Порядка 200	500-1000
	(св. 50/15 кВт)

Применение средств индивидуальной зашиты.

Эти средства используют при ряде работ: ремонте антенных устройств, исследовании поля антенн, некоторых биофизических исследованиях и т.д., когда организация технической защиты нецелесообразна и невозможна. К средствам индивидуальной защиты относят костюмы, очки, фартуки.

Изменение направленности излучения.

При работе радиолокационных станций (РЛС) наибольшая интенсивность электромагнитного поля возникает на оси главного луча диаграммы направленности РЛС. В других точках поперечного сечения луча интенсивность излучения меньше и на его поверхности быстро снижается до нуля. Угол между осью главного луча РЛС и линией горизонта называют углом места. Один из способов снижения интенсивности излучения электромагнитного поля в точке А – увеличение угла α, а если это невозможно, - поднятие антенны (увеличение h) (рис.1).

Рис.1 Диаграмма направленности РЛС

48

Использование искусственных и естественных лесонасаждений.

При этом получают небольшие затухания ЭМП на 3…10 дБ. Лесонасаждения для радиозащиты, как правило, располагают в непосредственной близости от защищаемых объектов. Одновременно посадки зеленых насаждений позволяют улучшить микроклимат на всей территории объекта. Используя естественные экраны (лесные полосы, нежилые астройки, насыпи, возвышенности и т.п.), исключив таким образом прямую видимость между антенной и населенным пунктом, можно снизить ППЭ в несколько десятков раз без дополнительных затрат на защиту.

Защитное экранирование.

Наиболее часто применяемый способ защиты от ЭМП. Сущность электромагнитного экранирования состоит в том, что между источником ЭМП и их приемником ставят защитное устройство – экран, который уменьшает до безопасных значений уровень потока энергии от источника к приемнику. Экран можно устанавливать либо в непосредственной близости от приемника, на который воздействуют внешние поля, либо – от источника ЭМП. Кроме того, возможно экранирование помещения, в котором размещены источники.

Экранирование электромагнитных полей.

Рассмотрим процесс экранирования электромагнитного поля при падении плоской волны на бесконечно протяженную металлическую пластину толщиной d, находящуюся в воздухе (рис. 2). В этом случае на границе раздела двух сред с различными электрофизическими характеристиками (воздух - металл и металл - воздух) волна претерпевает отражение и преломление, а в толще экрана, ввиду его проводящих свойств, происходит частичное поглощение энергии электромагнитного поля. Таким образом, электромагнитная волна при взаимодействии с экраном отражается от его поверхности, частично проникает в стенку экрана, претерпевает поглощение в материале экрана, многократно отражается от стенок экрана и, в конечном счете, частично проникает в экранируемую область. В результате общая эффективность экранирования (величина потерь энергии электромагнитной волны) металлической пластиной определяется суммой потерь за счет поглощения (затухания) энергии в толще материала Апогл, отражения энергии от границ раздела внешняя среда - металл и металл - экранируемая область Аотр и многократных внутренних отражений в стенках экрана Амотр:

A[дБ]= Aпогл + Аотр + Амотр.

(2)

Потери на поглощение связаны с поверхностным эффектом в проводниках, приводящим к экспоненциальному уменьшению амплитуды проникающих в металлический экран электрических и магнитных полей.

49

Это обусловлено тем, что токи, индуцируемые в металле, вызывают омические потери и, следовательно, нагрев экрана.

Рис. 2. Экранирование электромагнитного поля металлическим экраном.

Глубина проникновения δ определяется как величина, обратная коэффициенту затухания и зависит от частоты: чем больше частота, тем

меньше глубина проникновения. В СВЧ диапазоне глубина проникновения δ в металлах имеет малую величину, и тем меньше, чем больше проводимость металла и его магнитная проницаемость:

	δ =	1			,
		πµfσ				(3)

где µ - абсолютная магнитная проницаемость материала экрана, Гн/м; f - частота электромагнитного поля, Гц;

σ - удельная проводимость материала экрана, (Ом·м)-1.

Выражение для определения потерь на поглощение экраном толщиной d может быть представлено в следующем виде:

			=8,68 d .
А	=8,68d	ωµσ		(4)
погл		2	δ

Таким образом, потери на поглощение растут пропорционально толщине экрана, магнитной проницаемости и удельной проводимости его материала, а также частоте электромагнитного поля.

Очевидно, что на низких частотах стальной экран, магнитная проницаемость которого может быть достаточно высока (или экран из другого электропроводящего материала со значительной магнитной проницаемостью),

50

оказывается эффективнее медного по поглощению. Однако для повышения его эффективности приходится увеличивать толщину экранирующего листа. Кроме того, с ростом частоты магнитная проницаемость всех материалов быстро уменьшается, причем тем значительнее, чем больше ее начальное значение. Поэтому материалы с большим значением начальной магнитной проницаемости (104 Гн/м) целесообразно использовать только до частот порядка 1 кГц. При больших значениях напряженности магнитного поля из-за насыщения материала ферромагнетика его магнитная проницаемость падает тем резче, чем больше начальное значение проницаемости.

Для избежания эффекта насыщения экран делают многослойным, при этом желательно, чтобы каждый последующий (по отношению к экранируемому излучению) слой имел большее начальное значение магнитной проницаемости, чем предыдущий, так как эквивалентная глубина проникновения электромагнитного поля в толщу материала обратно пропорциональна произведению его магнитной проницаемости и проводимости. Толщина экрана, необходимая для обеспечения заданного

значения его эффективности, легко определяется из К = 8,7d/δ. Зависимости глубины проникновения от частоты для различных материалов, часто используемых при изготовлении экранов, приведены на рис. 3.

Рис. 3. Зависимость глубины проникновения электромагнитного поля для различных материалов.

Потери на отражение на границе раздела двух сред связаны с различными значениями полных характеристических сопротивлений этих сред. При прохождении волны через экран она встречает на своем пути две границы раздела – воздух - металл и металл - воздух.

Хотя электрическое и магнитное поля отражаются от каждой границы по-разному, суммарный эффект после прохождения обеих границ одинаков для

51