Защита от переменных ЭМП и ЭМИ

Классификация методов и средств защиты от переменных электромагнитных полей и излучений представлена на рис. 2.84.

Рис. 2.84. Классификация методов и средств защиты от переменных электромаг­нитных полей и излучений

Уменьшение мощностиизлучения обеспечивается правиль­ным выбором генератора (мощность генератора целесообразно выбирать не более той, которая необходима для реализации технологического процесса и работы устройства). В тех случаях, ко­гда необходимо уменьшить мощность излучения генератора, для излучений радиочастотного диапазона применяют поглотители мощности, которые ослабляют энергию излучения до необходи­мой степени на пути от генератора к излучающему устройству.

Поглотители мощностибывают коаксиальные и волноводные (рис. 2.85). Поглотителем энергии служат специальные вставки из графита или материалов углеродистого состава, а также специ­альные диэлектрики. При поглощении электромагнитной энер­гии выделяется теплота, поэтому для охлаждения поглотителей применяют охлаждающие ребра (рис. 2.85, г) или проточную воду (рис. 2.85, в, е). Для волноводов применяют поглотители мощно­сти различных конструкций: скошенные (рис. 2.85, а, г), клино­образные (рис. 2.85, б, в), ступенчатые (рис. 2.85, д), в виде шайб (рис. 2.85, е).

Рис. 2.85 Конструкция поглотителей мощности для волноводов и коаксиальных линий: a — с охлаждающими ребрами; б — с проточной водой; в — скошенные; г — клинообразные; д — ступенчатые; е — в виде шайб

Увеличение расстояния от источника излучения.В дальней зоне излучения, т. е. на расстояниях примерно больших 1/6 дли­ны волны излучения, плотность потока энергии (ППЭ) уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния, а напря­женности электрического и магнитного полей — обратно про­порционально расстоянию. Т. е. при увеличении расстояния от источника излучения в 2 раза ППЭ уменьшается в 4 раза, а на­пряженности (Е и Н) в 2 раза.

В ближней зоне излучения при расстояниях примерно мень­ших 1/6 длины волны излучения напряженность электрического поля уменьшается обратно пропорционально кубу, а магнитного поля — квадрату расстояния для электрических излучателей, на­пример для высоковольтных линий электропередач промышлен­ной частоты. Для магнитных излучателей наоборот — напряжен­ность магнитного поля снижается обратно пропорционально кубу, а электрического поля — квадрату расстояния. Энергия в ближней зоне не излучается.

Для источников излучения промышленной частоты длина волны λ = = 6 ∙10⁶ м,

т. е. человек всегда находится в ближней зоне излучения, а напряженность электрического поля быстро снижается с увеличением расстояния. Так, при увеличе­нии расстояния в 2 раза напряженность электрического поля уменьшается в 8 раз. Наибольшее значение напряженности электрического поля высоковольтных линий электропередач имеет место вблизи крайних фазных проводов.

Уменьшение времени пребывания в поле и под воздействием из­лучения. Определяющим последствия облучения для человека, является энергетическая нагрузка (ЭН), которая зависит от времени (Т) воздействия облучения. Максимально допустимое время нахождения в зоне облучения можно опреде­лить в зависимости от частотного диапазона излучения:

Допустимое время пребывания в зоне излучения установок промышленной частоты (50 Гц):

Однако, если это возможно, целесообразно сокращать время пребывания в зоне облучения до значения меньше допустимого, чтобы избежать необоснованного выполнением необходимой ра­боты облучения.

Подъем излучателей и диаграмм направленности излучения, блокирование излучения.Излучающие антенны необходимо под­нимать на максимально возможную высоту и не допускать на­правления луча на рабочие места и территорию предприятия.

Для защиты от электрических полей промышленной частоты необходимо увеличивать высоту подвеса фазных проводов линий электропередач (ЛЭП), уменьшать расстояние между ними и т. д. Путем правильного выбора геометрических параметров можно снизить напряженность электрического поля вблизи ЛЭП в 1,6...1,8 раза.

Для сканирующих излучателей (вращающихся антенн) в сек­торе, в котором находится защищаемый объект — рабочее место, применяют способ блокирования излучения или снижение его мощности.

Экранирование излучений. Экранируют либо источники излу­чения, либо зоны, где может находиться человек. Экраны могут быть замкнутыми (полностью изолирующими излучающее уст­ройство или защищаемый объект) или незамкнутыми, различ­ной формы и размеров, выполненными из сплошных, перфори­рованных, сотовых или сетчатых материалов. На рис. 2.86 пока­зан пример экранирования излучателей экранами из сплошных материалов. На рис. 2.87 и 2.88 показаны примеры экранирова­ния излучения промышленной частоты с помощью козырька из металлической сетки и навеса из металлических прутков. Сото­вые решетки, изображенные на рис. 2.89, применяют для экра­нирования мощных высокочастотных излучений. Для исключе­ния электромагнитного загрязнения окружающей среды и тер­ритории предприятия окна помещений, в которых проводятся работы с электромагнитными излучателями, экранируют с помо­щью сетчатых или сотовых экранов (рис. 2.90).

Рис. 2.86. Экранирование: а — индуктора; б — конденсатора

Рис. 2.87. Экранирующий козырек над шкафом управления напряжением 500 Кв

Рис. 2.88. Экранирующий навес над проходом в здание

Рис. 2.89. Сотовые решетки, применяемые для экранирования ЭМП в частотных диапазонах: а - до 1 ГГц; б - до 10 ГГц; в - до 35 ГГц

Рис. 2.90. Установка сотовых решеток на окна: a — с наружной стороны; б — с внутренней стороны; 1 — сотовая решетка; 2 — оконное стекло; 3 — пол

Экраны частично отражают и частично поглощают электро­магнитную энергию. По степени отражения и поглощения их ус­ловно разделяют на отражающие и поглощающие экраны.

Отражающие экранывыполняют из хорошо проводящих ма­териалов, например стали, меди, алюминия толщиной не менее 0,5 мм из конструктивных и прочностных соображений. Кроме сплошных, перфорированных, сетчатых и сотовых экранов могут применяться: фольга, наклеиваемая на несущее основание; токопроводящие краски (для повышения проводимости красок в них добавляют порошки коллоидного серебра, графита, сажи, окислов металлов, меди, алюминия), которыми окрашивают эк­ранирующие поверхности; экраны с металлизированной со сто­роны падающей электромагнитной волны поверхностью.

Поглощающие экранывыполняют из радиопоглощающих ма­териалов. Естественных материалов с хорошей радиопоглощающей способностью нет, поэтому их выполняют с помощью раз­личных конструктивных приемов и введением различных погло­щающих добавок в основу. В качестве основы используют каучук, поролон, пенополистирол, пенопласт, керамикометаллические композиции и т. д. В качестве добавок применяют сажу, активированный уголь, порошок карбонильного железа и пр. Все экраны обязательно должны заземляться для обеспечения стекания образующихся на них зарядов в землю.

Для увеличения поглощающей способности экрана их дела­ют многослойными и большой толщины, иногда со стороны па­дающей волны выполняют конусообразные выступы.

Наиболее часто в технике защиты от электромагнитных по­лей применяют металлические сетки. Они легки, прозрачны, поэтому обеспечивают возможность наблюдения за технологиче­ским процессом и излучателем, пропускают воздух, обеспечивая охлаждение оборудования за счет естественной или искусствен­ной вентиляции.

Эффективность экранов принято оценивать в дБ по фор­мулам:

где Е_о, Н_о, ППЭ₀ — соответственно напряженность электриче­ского, магнитного поля и плотность потока энергии перед экра­ном; Е, Н, ППЭ — те же параметры после экрана.

Расчет эффективности экранирования довольно сложен. По­этому на практике при выборе типов экранов и оценки их эф­фективности используют имеющийся богатый эксперименталь­ный материал, представленный в справочниках в виде таблиц, расчетно-экспериментальных кривых, номограмм.

На рис. 2.91 представлена номограмма для расчета эффек­тивности наиболее распространенных сетчатых экранов. Отло­жив на крайней левой оси отношение шага сетки а (расстояние между центрами проволок сетки) к длине волны λ экранируемо­го излучения, а на крайней правой оси — отношение шага а к радиусу r проволоки сетки, через эти точки проводят прямую. На пересечении этой прямой со средней осью находят эффек­тивность экранирования в дБ. Эффективность экранирования может достигать десятков децибел.

При расположении излучателей в помещениях электромаг­нитные волны могут отражаться от стен и перекрытий. В резуль­тате в помещении могут создаваться зоны с повышенной плот­ностью энергии излучения. Поэтому стены и перекрытия таких помещений необходимо выполнять с плохо отражающей поверх­ностью. Окрашивать стены и потолки нужно известковой и ме­ловой краской. Нельзя использовать масляную краску (она отра­жает до 30 % электромагнитной энергии), облицовывать стены кафелем. Поверхности помещения, в которых находятся излуча­тели повышенных мощностей, облицовывают радиопоглощающим материалом.

В зависимости от технологического процесса излучающие установки целесообразно размещать в отделенных от других уча­стков помещениях, имеющих непосредственный выход в кори­дор и наружу. Для этих целей подходят угловые помещения пер­вого и последнего этажей здания.

Источники излучения должны иметь санитарный паспорт, перед их строительством или установкой проводится расчетный радиопрогноз и осуществляется его экспериментальная провер­ка. При выполнении радиопрогноза необходимо учитывать воз­можность переизлучения от отражающих объектов на местно­сти _ железобетонных зданий и сооружений, металлических ог­раждений, конструкций и т. д.

Рис. 2.91. Номограмма для расчета ослабления СВЧ-поля металлическими сетками

Средства индивидуальной защиты. К СИЗ, которые применя­ют для защиты от электромагнитных излучений, относят: радио­защитные костюмы, комбинезоны, фартуки, очки, маски и т. д. (рис. 2.92, а, б). Данные СИЗ используют метод экранирования.

Радиозащитные костюмы, комбинезоны, фартуки в общем случае шьются из хлопчатобумажного материала, вытканного вместе с микропроводом, выполняющим роль сетчатого экрана. Шлем и бахилы костюма сделаны из такой же ткани, но в шлем спереди вшиты очки и специальная проволочная сетка для облегчения дыхания. Эффективность костюма может достигать 25...30 дБ. Для защиты глаз применяют очки специальных марок с металлизированными стеклами. Поверхность стекол покрыта пленкой диоксида олова. В оправе вшита металлическая сетка, и она плотно прилегает к лицу для исключения проникновения излучения сбоку. Эффективность очков оценивается в 25...35 дБ.

Рис. 2.92. Средства защиты от электромагнитных излучений: а — радиозащит­ный костюм: 1 — металлическая или металлизированная каска; 2 — комбинезон из токопроводящей ткани; 3 — проводники, обеспечивающие электрическую связь между отдельными элементами экранирующего костюма; 4 — рукавицы из токопроводящей ткани; 5 — ботинки с электропроводящими подошвами; 6 — вывод от токопроводящей подошвы; б — защитная маска с перфорационными отверстиями: 1, 2, 3 — поролоновые прокладки; 4 — ремни крепления маски; 5 — перфорационные отверстия