Практическая работа 7. Расчет экранов для защиты от электромагнитных полей

7.1 Основные понятия и определения

Электромагнитные поля (ЭМП)  характеризуются напряженностью электрического поля Е (В/м),напряженностью магнитного поляН (А/м) иплотностью потока энергииР (Вт/м²).

Естественная напряженность электрического поля Земли 120–150 В/м.

В технологических процессах широко используют искусственные источники ЭМП, работающие в следующих частотных диапазонах: f = 3-300 Гц – токи промышленной частоты;f = 60 кГц-300 ГГц – токи радиочастот. На металлургических заводах применяют установки для индукционной обработки металлов, которые позволяют: плавить, закаливать, отжигать, сваривать металл. Кроме того, источниками ЭМП являются средства автоматики, трансформаторы, конденсаторы, электронно-лучевые трубки.

Эффективным средством защиты от ЭМП является экранирование. Выбор конструкции экрана зависит от диапазона волн, характера выполняемых работ, источника излучения.

7.2 Нормирование параметров эмп и их значения

Для ЭМП промышленной частотысогласно ГОСТ 12.1.002-84 [12] регламентируется время пребывания человека в контролируемой зоне при фиксированном значении напряженности электрического поляE:

- при Е5 кВ/м продолжительность пребывания на рабочем месте до 8 часов;

- при Еcвыше 5 до 20 кВ/м время пребывания определяется по формуле:

 = 50/Е–2 (7.1)

где - время пребывания на рабочем месте;

Е– напряженность воздействующего электрического поля в контролируемой зоне, кВ/м.

- при Есвыше 20 до 25 кВ/м время пребывания в рабочей зоне не должно превышать 10 мин.

Пребывание в электрическом поле напряженностью более 25 кВ/м без применения средств защиты не допускается.

Для ЭМП радиочастотного диапазона ГОСТ 12.1.006–84 [13] и СанПиН 2.2.4.1191–03 [14] регламентируются предельные допустимые значения характеристик электромагнитного излучения, при которых пребывание персонала в этой зоне является безопасным (таблица 7.1).

Таблица 7.1 - Предельно допустимые значения электромагнитных излучений для непрофессионалов

Диапазон частот, МГц	Максимально допустимые значения
	Напряженность электрического поля, В/м	Напряженность магнитного поля, А/м	Плотность потока энергии, мкВт/см2
0,3–3,0	500	50,0	–
3,0–30,0	300	–	–
30,0–50,0	80	3,0	–
50,0–300,0	80	–	–
300,0–300000,0	–	–	1000 (5000*)
Примечание: * Для условий локального облучения кистей рук.

Для защиты от ЭМП токов промышленной частоты применяют сетчатые экраны или металлические прутки. Для защиты от ЭМП токов высокой частоты используют сплошные экраны. Все виды экранов заземляют.

Эффективность экранирования определяется по формуле:

L = 20·lg(E/E_э), (7.2)

где L- эффективность экранирования, дБ;

Е– значение напряженности электрического поля в отсутствие экрана, В/м;

Е_э– значение напряженности электрического поля при наличии экрана, В/м.

Эффективность экранирования зависит от глубины проникновения ЭМИ в экран:

, (7.3)

где - глубина проникновения ЭМИ в экран, м;

 - длина волны ЭМИ, м;

 - удельное сопротивление материала экрана,  Омм;

 -   магнитная проницаемость, Гн/м.

Фактическая эффективность экрана определяется по формуле:

(7.4)

где L _факт- фактическая эффективность экрана, дБ;

m– размер технологических отверстий, м;

d – толщина экрана, м;

R_экв - эквивалентный радиус экрана, м;

Z_e - волновое сопротивление ЭМП в материале экрана, Ом, равное:

Z_e = (Z₀^. ) / ( 2^.R_экв), (7.5)

где Z₀- волновое сопротивление воздуха, равное 337 Ом.

Эквивалентный радиус экрана определяется по формуле:

(7.6)

где A, B, H – геометрические размеры экрана, м.

Определив величину L_факт, из формулы (5.2) несложно получить значение напряженности электрического поля в рабочей зоне при экранировании источника ЭМП:

E_э=Е ·10^{|– Lфакт| / 20} (7.7)

где E_э - напряженность электрического поля в рабочей зоне при экранировании источника ЭМП, кВ/м.

Если результаты расчета величины напряженности электрического поля E_э, кВ/м в рабочей зоне при экранировании источника ЭМП экраном из выбранного материала не удовлетворяют нормативным значениям, следует поменять материал экрана, его геометрические размеры, толщину и т.д.