относительно земли при заданном активном сопротивлении изоляции фазных проводов относительно земли для двух типов сетей при нормальном режиме работы (Ih = f(С)).

3.1. Трехфазная трехпроводная сеть: а) повторить позиции пп. а) - в) п. 2.1;

б) установить значения активного сопротивления изоляции (переключатели S4, S6, S8) фазных проводов относительно земли одинаковыми в соответствии с заданием преподавателя;

в) включить стенд;

г) произвести измерения тока Ih в цепи тела человека с помощью амперметра при касании им одной из фаз (по указанию преподавателя), устанавливая поочередно одинаковые значения емкости фазных проводов относительно земли (переключатели S5, S7, S9) и

равные 0; 0,02; 0,1; 0,25; 0,5; 1,0; 2,5 мкФ;

д) выключить стенд; е) построить график искомой функциональной зависимости;

ж) для любого значения емкости фазного провода по выражениям (6) (активное сопротивление изоляции фазных проводов равно бесконечности) и (7) (активное сопротивление изоляции фазных проводов равно одному из значений из диапазона стенда) подсчитать величину тока в цепи тела человека.

3.2.Трехфазная четырехпроводная сеть: а) повторить позиции пп. а) - б) п. 2.2;

б) установить значения активного сопротивления изоляции (переключатели S4, S6, S8)

фазных проводов и PEN-провода (переключатель S10) относительно земли одинаковыми в соответствии с заданием преподавателя;

в) включить стенд;

г) произвести измерения тока Ih в цепи тела человека с помощью амперметра при касании им одной из фаз (по указанию преподавателя), устанавливая поочередно одинаковые значения емкости фазных проводов и PEN-провода относительно земли (переключа-

тели S5, S7, S9, S11) и равные 0; 0,02; 0,1; 0,25; 0,5; 1,0; 2,5 мкФ.

д) выключить стенд; е) построить график искомой функциональной зависимости.

Требования к отчету

Отчет должен содержать:

1)название и цель работы;

2)краткие сведения из теоретической части;

3)экспериментальные и расчетные данные, представленные в виде таблиц;

4)графическую зависимость Ih = f(R).

Контрольные вопросы

1.Какие электрические цепи называются трехпроводными?

2.Какие электрические цепи называются четырехпроводными?

3.Какие существуют режимы нейтрали?

4.Под каким напряжением оказывается человек при однофазном включении в сети с заземленной нейтралью?

5.Под каким напряжением оказывается человек при однофазном включении в сети с изолированной нейтралью?

6.Как влияет протяженность трехфазных сетей на опасность поражения человека электрическим током?

7.Какие факторы учитываются при выборе режима нейтрали?

8.Что может служить причиной различного напряжения фазных проводов лабораторного стенда?

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com

9.В каком случае опасность поражения человека электрическим током при прямом прикосновении к фазному проводу трехфазной трехпроводной сети с изолированной нейтралью является более высокой: при нормальном или аварийном режиме работы?

10.В каком случае опасность поражения человека электрическим током при прямом прикосновении к фазному проводу трехфазной четырехпроводной сети с заземленной нейтралью является более высокой: при нормальном или аварийном режиме работы?

Литература

1.Безопасность жизнедеятельности: Учебник для вузов / С.В. Белов, А.В. Ильницкая,

А.Ф. Козьяков и др. / Под ред. С.В. Белова. - М.: Высшая школа, 1999. - 448 с.

2.Правила техники безопасности при эксплуатации установок потребителей. - СПб.:

Деан, 1999. - 192 с

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com

Лабораторная работа № 9. Исследование средств защиты от СВЧ излучения

Цель работы: определение параметров электромагнитного излучения на рабочем месте и разработка мероприятий по защите от его воздействия.

Продолжительность работы - 2 часа.

Оборудование и приборы

1.Бытовая микроволновая СВЧ печь “Плутон”.

2.Анализатор электромагнитного поля АЭМП-01.

3.Защитные экраны.

4.Лабораторный стол с координатной сеткой.

Теоретические сведения

Основу электромагнитного поля (ЭМП) составляет заряд. Соответственно ЭМП различной мощности возникает как при естественных процессах, так и при искусственных. К естественным процессам можно отнести грозовые разряды, северное сияние и др., к искусственным - работу любых электрических приборов.

Важно отметить, что между различными частями тела человека, а также между телом и атмосферой, телом и землей постоянно имеется разность потенциалов. Например, положительно заряжены поверхностные ткани человека (кожа) относительно более глубоких; атмосфера относительно Земли. Постоянный энергетический, а следовательно, и информационный обмен человека с внешней средой требует наличия в организме системы поддержания динамического энергоинформационного гомеостаза. Только в живых системах присутствует разность потенциалов на мембранах клеток. Незначительное изменение потенциала сопровождается четко выраженными физиологическими изменениями: нервным импульсом; транспортом ионов через мембрану, сокращением мышечной клетки и др. Длительное нарушение целостности мембраны обязательно ведет к патологии, а выравнивание потенциала - к смерти клетки. Естественно, что организм человека чувствителен к самым различным типам полей. Например, микроволны с плотностью потока выше 1 Вт/см2 вызывают изменение биоэлектрической активности мозга.

Для радиодиапазона (103 - 1011 Гц) наиболее актуальными являются техногенные электромагнитные излучения (ЭМИ). При этом уровни интенсивностей излучения с каждым годом возрастают по сравнению с естественным фоном нашей планеты. Опубликованные данные свидетельствуют о том, что электромагнитное поле является мощным физическим раздражителем, который может вызвать функциональные и органические нарушения всех систем человека. В связи с этим необходимо вести постоянный контроль за уровнем интенсивности полей от источников излучения, а также владеть методами математического расчета напряженности электромагнитного поля. Это имеет большое значение при выборе оптимальных гигиенических условий для размещения излучающих в радиодиапазоне приборов вблизи населенных мест, организации санитарно-защитных зон для охраны населения от вредного воздействия полей. Биологические оценки принято проводить по электрической составляющей ЭМИ.

Переходя к СВЧ диапазону радиоизлучений, следует отметить, что из биоэффектов наиболее известен тепловой эффект микроволн, связанный с повышением температуры облучаемой ткани. Наряду с этим неконтролируемое воздействие высокой и низкой интенсивностей радиоволнового излучения на организм человека может привести к возникновению различных заболеваний. Например, наиболее биологически активное в радиодиапазоне СВЧ излучение (10–1 - 10–2 м, или 3·109 - 3·1010 Гц) вызывает повреждение тканей

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com

глаза. Степень повреждения зависит от интенсивности излучения и длительности воздействия.

В общем случае реакция организма на ЭМИ радиодиапазона идет до некоторого порогового значения плотности потока мощности, начиная с которого и до значений, вызывающих заметный нагрев тканей (превышающий 0,1°), биологический эффект не меняется. Традиционно многие исследователи объясняли биологическое действие микроволн только наличием тепловых эффектов, которые возникают при интенсивности более 10 мВт/см2. Однако в последнее время обнаружено отчетливое действие на организм СВЧ излучений меньшей интенсивности, когда температура повышается несущественно. При этом важным является обнаружение частотных и энергетических окон при воздействии низкоинтенсивных модулированных электромагнитных полей на головной мозг.

Правильно обоснованный предельно допустимый уровень (ПДУ) позволяет не только сохранить здоровье, но и обеспечить достаточную работоспособность, избежать ненужных психологических травм. Особое значение имеет безопасность жизнедеятельности профессионалов, работающих с СВЧ излучением. В этой связи в России предусмотрены следующие обоснованные с точки зрения медицины ПДУ непрерывного СВЧ облучения

В случае непрерывного СВЧ облучения от вращающихся и сканирующих антенн ПДУ составляет 100 мкВт/см2 при действии до 8 часов в сутки и 1000 мкВт/см2 при действии до 2 часов в сутки.

Для лиц, не связанных профессионально, и для населения ПДУ составляет 1 мкВт/см2.

Основные параметры ЭМИ - это частота, напряженность магнитного поля, напряженность электрического поля. Существуют различные методики оценки напряженности ЭМИ. Напряженность магнитного поля Н - силовая характеристика магнитного поля, не зависящая от магнитных свойств среды. В вакууме H совпадает с магнитной индукцией. В среде Н определяет вклад в магнитную индукцию, который вносят внешние источники поля. Напряженность электрического поля Е - силовая характеристика электрического поля, равная отношению силы, действующей на точечный электрический заряд в данной точке пространства, к величине заряда. Приводимые в литературе формулы, как правило, пригодны для расчета напряженности поля Е на больших расстояниях. Такова, например, формула Введенского:

где Р - мощность сигнала, излучаемого антенной, Вт; K - коэффициент усиления антенны; d - расстояние от антенны до рассматриваемой точки пространства, м; λ - длина волны, м; h1 - высота подъема передающей антенны от поверхности земли, м; h2 - высота, на которой определяют напряженность поля, м.

Расчет напряженности поля в зоне излучения может производиться для электрической составляющей ЭМП Е и по формуле Шулейкина - Ван-дер-Поля:

E = 7,750×(P×Ga)1/2×F/d.

Здесь Е - напряженность электрического поля ЭМП, В/м; Р - мощность передатчика, Вт; Ga - коэффициент усиления антенны; d - расстояние от антенны до точки измерения, м; F - множитель ослабления для определения потерь электромагнитной энергии в почве, который зависит от параметров почвы, расстояния от точки измерения до антенны и длины волны.

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com

СВЧ излучение, в отличие от низкочастотного радиодиапазона, распространяется в пределах прямой видимости. На его распространение заметное влияние оказывает тропосфера, состоящая из смеси газов и паров воды. В дециметровом диапазоне волны поглощаются в тропосфере слабо, а в сантиметровом и миллиметровом диапазонах наблюдаются значительные потери СВЧ энергии вследствие резонансного поглощения в парах воды на длинах волн 1,35; 1,5 и 0,75 см, а в кислороде на 0,5 и 0,25 см.

Количественной характеристикой СВЧ излучения является плотность потока мощности

где ε - диэлектрическая постоянная среды (воздуха), ε = 1 Ф/м; μ - относительная магнитная проницаемость среды, μ = 1 Гн/м.

Плотность потока мощности излучения измеряется в Вт/м2, мВт/см2, мкВт/см2. Если облучение проводится в СВЧ тракте, его интенсивность определяется удельной поглощательной мощностью в единице объема или массы объекта и выражается в Вт/м3 или Вт/кг. Дозу поглощения выражают через энергию микроволн, поглощаемую единицей массы объекта (Дж/кг).

Доля поглощенной СВЧ энергии и ее относительное распределение в различных материалах зависят от формы и размеров объекта, его ориентации в поле, длины волны, электрических свойств материала. В микроволновом диапазоне линейные размеры облучаемого объекта сравнимы с длиной волны или превышают ее. Количественной мерой поглощения служит отношение поглощенной в объекте мощности к общей мощности, падающей на его поперечное сечение в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны. В связи с тем, что некоторые изделия имеют композитную структуру, слои которой обладают разной толщиной, диэлектрической проницаемостью и проводимостью, максимумы поглощения могут возникать и внутри объекта.

В общем виде поглощенную мощность СВЧ излучения Рп можно оценить по формуле

где εк - диэлектрическая проницаемость объекта; Ро - плотность потока мощности у поверхности объекта, мВт/см2; S - площадь сечения объекта, см2.

Поглощенная мощность убывает с глубиной проникновения по экспоненциальному закону. Так, для электрической составляющей ЭМИ поглощенная мощность связана с глубиной проникновения соотношением

Pп = (σ / 2) Е2 еxp(–2r / δc),

где r - расстояние от поверхности, м; δc - глубина проникновения, м; Е - напряженность электрической составляющей ЭМИ, В/м; σ - проводимость материала, (Ом×м)–1.

Уровни излучений на предприятиях связи обязательно регламентируются. Настройка, регулировка и профилактические работы излучающего оборудования должны проводиться на пониженной мощности, при этом оборудование будет давать только часть проектной мощности. Одновременно необходимо предусматривать дистанционное управление с использованием заземленных поглощающих и отражающих экранов в виде листов или мелкоячеистой сетки. Материал экранов должен обладать высокой электропроводностью (Сu, Аl). При необходимости визуального контроля за работой излучающего оборудования можно использовать смотровые окна из стекла, покрытого двуокисью олова, обладающего экранирующим действием. Толщину экрана выбирают исходя из конструктивных соображений, учитывая, что глубина проникновения высоких и сверхвысоких частот в экран обычно не превышает одного миллиметра.

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com

Наиболее распространенной технической мерой защиты от воздействия радиоизлучений является защита расстоянием, основанная на том, что плотность потока энергии W обратно пропорциональна квадрату расстояния до излучателя:

W = P×Θ / 4πR2,

где Р - излучаемая мощность на выходе антенны, мкВт; Θ - коэффициент направленности антенны; R - расстояние до излучателя, м.

Одна из мер защиты от вредного воздействия ЭМП - электромагнитное экранирование помещений, в которых находятся источники ЭМП, вызывающие экологическое загрязнение, или чувствительные измерительные приборы, на работу которых могут влиять внешние ЭМП.

Критерием выбора материала экрана является наибольшее поглощение плотности потока ЭМИ. Экраны можно разделить на поглощающие, отражающие, смешанные. Поглощающие экраны в основном поглощают ЭМИ, преобразуя его в тепло; отражающие экраны от своей поверхности отражают большую часть СВЧ излучения; смешанные экраны, как правило, частично поглощают, частично отражают ЭМИ.

Еще одним критерием выбора материала экрана является удельная теплоемкость C [Дж / (кг×К)]. Эффективность экранирования Q определяется по формуле

где Wэ, W - поверхностный поток энергии ЭМИ с использованием экрана и без него.

Все многообразие действия электромагнитных экранов сводят к характерным случаям защиты от электрической или магнитной составляющих поля электромагнитных волн. Если источником поля являются различные проводники, создающие электрические, емкостные связи, задача сводится к устранению или уменьшению этой электрической (емкостной) связи. Если источником поля являются токонесущие цепи, в частном случае катушки, преобладающим является индуктивное влияние, т.е. связь за счет магнитного поля. Оба источника таких полей создают “наводки” на соседние электрические цепи, которые становятся переизлучателями и создают вокруг себя вторичные поля или вызывают распространение высокочастотных колебаний по проводам на значительные расстояния.

В диапазонах радиочастот определяющим критерием выбора материала для электромагнитного экранирования является произведение проводимости материала на его магнитную проницаемость σ×μ. При этом главную роль играет поверхностный эффект, поскольку токи, протекающие в глубинных слоях толщи экрана, существенно меньше токов, наводимых в поверхностных слоях. Поверхностный эффект характеризуют глубиной проникновения δ, т.е. глубиной, на которой наводимый внешним полем ток будет в e ≈ 2,73 раза меньше тока в поверхностном слое:

μ - магнитная проницаемость, Гн/м; w - частота, Гц.

Регулярный контроль допустимых уровней ЭМИ осуществляется по методике Минздрава России специальными приборами - измерителями электромагнитного поля. Внеплановый контроль обязателен при любых изменениях режимов работы излучающего оборудования, особенно при подключении новых излучающих элементов.

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com