5.16. Средства защиты от электромагнитного излучения Электромагнитное экранирование

Электромагнитным экраном называют инженерную конструкцию, предназначенную для ослабления или полного задержания (отражения) электромагнитных излучений, формируемых внешними источниками излучения.

Действие электромагнитного экрана как линейной системы определяется несколькими характеристиками, основной из которых является эффективность экранирования и выражается следующей формулой:

Э = Е / Е_э или Э = Н / Н_э,

где Е_э и Н_э – напряженности электрического и магнитного полей, в какой-либо точке экранного пространства при наличии экрана и при его отсутствии.

Часто эффективность экранирования выражают в децибелах (дБ):

Э_дБ = 20 lg ∙ Э.

Эффективность экранирования рассчитывают исходя из требований норм уровней облучения людей. По найденному значению эффективности экранирования определяют материал и геометрические размеры экрана.

Эффективность экрана существенно зависит от характера источника поля. В свободном пространстве при r >>  / 2П, где r – расстояние от источника;  – длина волны (так называемая дальняя зона).

Е и Н – практически синфазы, и в этом случае говорят об электромагнитном экранировании. При r <<  /2П имеет место так называемая «ближняя зона», в которой Е и Н оказываются почти в квадратуре и поля в зависимости от источника рассматриваются как квазиэлектрические и квазимагнитостатические.

Экранирование электромагнитного поля

При нормальном падении плоской электромагнитной волны на однородный плоский экран, изготовленный из металла, эффективность экранирования определяется следующим образом:

,

где Z_g – модуль импенданса (общее сопротивление: магнитное+электромагнитное+электрическое) воздушного диэлектрика, Ом, определяемый по данным табл. 5.40;

r – расстояние от источника до рабочего места, м;

Q – удельная проводимость материала экрана, см/м;

d – толщина экрана;

 = – глубина проникновения поля в экран, м;

М_о – 1,257∙10^-6 Гн/м;

М – относительная магнитная проницаемость материала экрана;

f – частота поля, Гц (табл. 5.41).

Таблица 5.40. Модуль импеданса воздушного диэлектрика

Таблица 5.41. Электрические экранирующие характеристики материалов

Для практических расчетов могут быть рекомендованы следующие приближенные выражения:

при

В области высоких частот эффективность экранирования магнитными металлами любого из рассматриваемых видов полей оказывается выше эффективности экранирования немагнитными металлами. Вместе с тем применение магнитных металлов приводит к большим электрическим потерям в экранируемой цепи.

При расчете эффективности экранирования экранов сферической и цилиндрической форм, расположенных в дальней и ближней зонах, пользуются приведенными соотношениями; модули импендансов Z_q воздушного диэлектрика представлены в табл. 5.42.

Таблица 5.42. Модули импендансов (сопротивлений) для различных полей

При расчете экранных конструкций произвольной формы можно пользоваться формулами экранирования плоского, сферического и цилиндрического экранов, приводя исходные геометрические конструкции с некоторыми допущениями к эквивалентным экранам идеальной формы.

Экран, имеющий форму прямоугольного параллепипеда с квадратным основанием, при расчетах следует заменять цилиндрическими. При этом диаметр цилиндра принимается равным стороне квадрата. Экран в виде камеры соразмерными сторонами следует заменять эквивалентным шаровым экраном с радиусом

,

где V – объем камеры, м³.

Негерметические экраны. Эффективность экранирования замкнутого экрана может быть сколь угодно высокой при соответствующем выборе материала и его толщины. Однако на практике экраны не бывают полностью сплошным из-за наличия крышек, швов, разъемов, смотровых окон и т.д., образующих дополнительные каналы проникновения электромагнитного поля. Эффективность негерметичного экрана определяется:

Э = Э_з ∙ Э_отв / ( Э_з + Э_отв ),

где Э_з – эффективность замкнутого экрана из того же материала с той же толщиной стенок и той же формы, что и реальный экран;

Э_отв = 0,25 (S_экр /S_оэ)^3/2 – эффективность экрана такой же формы, с теми же отверстиями и щелями и с той же толщиной, что и реальный экран, но изготовленный из идеально проводящего материала;

S_экр и S_оэ – полная площадь поверхности экрана и эквивалентная площадь отверстия, м²;

S_оэ = S_о∙a (в/а);

S₀ – фактическая площадь отверстия, м²;

а∙ (в/а) – функция отношения размеров отверстия.

в/а – соответственно больший или меньший размеры отверстий, м, причем предполагается, что вихревые токи в экране протекают в направлении размера (а). Если число отверстий n больше одного, то эффективность экранирования определяется из выражения:

,

где Э_n – эффективности экранирования, определение для экрана с каждым отверстием в отдельности.

Если в экране n-е количество одинаковых отверстий, то эффективность экранирования определяется как

Э = Э_з ∙Э_отв /(Э_з + Э_отв).

10^-3 1 10 10² 10³ 10⁴

Рис. 5.22. Функции отношения размеров отверстия экрана

Материалы для электромагнитных экранов

Для металлических листов расчет эффективности экранирования производится по приведенным формулам. Преимуществами проволочных сеток по сравнению со сплошными металлическими листами являются:

– снижение массогабаритных параметров;

– улучшенный теплообмен экранированной камеры с внешней средой;

– возможность визуального наблюдения за индикаторами установок.

Эффективность плоского экрана из сетки рассчитывается следующим образом:

Э_с =  /2S; ,

где D – диаметр проволоки, м;

S – шаг сетки;

R = 1/ ПQ (0,5D)² – сопротивление 1 м одной проволоки постоянному току, Ом;

Q – удельная проводимость материала проволоки, см/м;

(и) = D/();

а(и) = В(и) = и/(2при и >50;

П–3,14

а(и) = 0,25(и)b(и) = и 2при 50 < и > 6

a(и) = 0,233 и +1; b(и) = 0,35 и при и < 6

Для сетчатых экранов справедливо следующее положение:

– с увеличением частоты уменьшается эффективность экранирования сеток;

– эффективность экранирования медной сеткой при прочих равных условиях выше, чем стальной, особенно для частот до 1 МГц;

– для частот ниже 50 кГц более эффективны редкая сетка из толстой проволоки, для более высоких частот – густая сетка из более тонкой проволоки.

Эффективность экранирования сплошного экрана с отверстиями, затянутыми сеткой, можно приближенно рассчитать по следующей формуле:

Э_с = Э,

где Э – эффективность экранирования, определенная по формуле для экрана с отверстиями;

N – число ячеек сетки, уменьшающееся на площади отверстия.

Если установленная на отверстии сетка не обеспечивает требуемой эффективности экранирования, а заменить её более густой сеткой невозможно, то имеет смысл применять двухслойные сетки. В этом случае вычисленное значение эффективности экранирования Э_с дополнительно умножается на

Э_с = 4ПД₁₂ / ,

где Д₁₂ – расстояние между слоями сетки, м;

 – длина волны.

Радиозащитное стекло применяется для изготовления смотровых отверстий и очков как средство индивидуальной защиты.

Эластичные экраны представляют собой либо материалы из фольги, наклеенной на ткань, либо радиозащитные ткани, либо специальные поглощающие материалы (резина, поролон). Применяются для изготовления эластичных экранов, халатов и фартуков как средств индивидуальной защиты (табл. 5.43, 5.44).

Таблица 5.43. Экранирующие свойства некоторых строительных материалов

Таблица 5.44. Экранирующие свойства некоторых строительных материалов, дБ

Защитные мероприятия

Мероприятия по защите биологических объектов от ЭМП подразделяют на организационные; инженерно-технические; медико-профилактические и лечебные.

К организационным мероприятиям относят:

● периодический контроль облучения;

● рациональное размещение источников и приемников излучения (территориальный разнос);

● ограничение времени пребывания в зоне ЭМП;

● предупредительные надписи и знаки.

Например, при пользовании радиотелефоном рекомендуется:

● ограничивать время пользования радиотелефоном (лучше пользоваться проводным телефоном);

● пользоваться телефоном в неэкранированных помещениях и на открытых площадках;

● плотно охватывать трубку рукой;

● попеременно прикладывать трубку к ушам;

● иметь зазор между ухом и трубкой (при качественной связи).

Для снижения вредных воздействий питающих проводов в жилых домах и бытового электрооборудования необходимо соблюдать следующие рекомендации:

– не находиться рядом с длинными проводами под напряжением;

– избегать свивания проводов в кольца, поскольку это увеличивает интенсивность излучения (эффект магнитного диполя);

– не оставлять вилку в розетке при выключенном приборе, поскольку в данном случае питающий провод становится дополнительным источником электрического поля;

– не размещать электроприборы в углах железобетонных комнат – в данном случае уровень излучения значительно возрастает (угловой отражатель), это особенно относится к телевизорам и ПЭВМ.

К инженерно-техническим мероприятиям относятся уменьшение мощности излучения непосредственно в источнике или электромагнитное экранирование. Экраны могут размещать вблизи источника (кожухи, сетки), на трассе распространения (экранированные помещения, лесонасаждения), вблизи защищаемого человека (средство индивидуальной защиты – очки, фартуки, халаты). Иногда необходимо совместное применение организованных и технических мероприятий.

Например, для снижения воздействия электростатических полей рекомендуется:

• использовать мониторы ПЭВМ с антистатическим покрытием экрана либо с заземленными защитными экранами – фильтрами;

• выдерживать расстояние до телевизора с экраном диагональю до 36 см не менее метра и не менее 2 м с экраном свыше 51 см;

• проводить влажную уборку в жилых помещениях;

• использовать антистатические аэрозоли и бытовые ионизаторы воздуха.

Медико-профилактические и лечебные мероприятия предполагают:

• гигиенические и терапевтические мероприятия по лечению пострадавших от электромагнитного воздействия;

• временный и постоянный перевод на другую работу отдельных категорий граждан (женщин в период беременности и кормления);

• просветительскую работу среды населения о возможных биологических эффектах электромагнитных воздействий и действующих стандартах, методах защиты.