Elettracompany.com

Компьютерный справочник
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Защита от постоянного магнитного поля

Электронная библиотека

При несоответствии требованиям норм (в зависимости от характера выполняе­мых работ и уровня напряженности магнитного поля) для защиты от воздействия магнитных полей применяют практически такие же мероприятия, способы и средства, как и при защите от воздействия электрических полей:

– защита временем и рассто­янием;

– уменьшение параметров излучения непосред­ственно в самом источнике излучения;

– экранирование источника излучения;

– экранирование рабочего места;

– рациональное размещение установок в рабочем помеще­нии;

– установление рациональных режимов эксплуата­ции установок и работы обслуживающего персонала;

– применение предупреждающей сигнализации;

– выделение зон излучения;

– применение средств индивидуальной защиты.

Кратко остановимся на характеристике некоторых способов защиты. Так, в качестве организационных мероприятий, позволяющих уменьшить неблагоприятное действие постоянного магнитного поля, можно считать выполнение следующих требований:

– ограничение непосредственного контакта рук персонала с намагниченными изделиями путем использования манипуляторов, щипцов, прокладок из немагнитных материалов;

– введение и выведение изделий из электромагнитов следует осуществлять при обесточенном электромагните либо с использованием указанных приспособлений;

– осуществление намагничивания изделий на последней стадии технологического процесса;

– хранение и перенос магнитных изделий в толстостенной таре из немагнитных материалов или приспособлениях и устройствах, замыкающих магнитный поток;

– использование на участках технических испытаний изделий автоматических устройств для измерения физических параметров магнитов и магнитных материалов.

При разработке и эксплуатации технологических установок постоянного тока, создающих постоянное магнитное поле в большом объеме рабочего пространства, необходимо обеспечивать дистанционное управление технологическим процессом. Пульты управления установками должны быть вынесены за пределы зоны, в которой уровни магнитного поля превышают ПДУ с учетом времени действия.

Участки производственной среды с уровнями МП, превышающими ПДУ, следует обозначить специальными предупреждающими знаками, выполненными в соответствии с ГОСТ Р 12.4.026-2001 «ССБТ. Цвета сигнальные и знаки безопасности», с поясняющей надписью: «Осторожно! Магнитные поля» [16].

Для предупреждения неблагоприятного действия постоянного магнитного поля (ПМП) на руки работающих в производстве изделий электронной техники требуется осуществление следующих мероприятий:

– увеличить габариты кожухов на магнитных установках, предотвращающих контакты рук работающих с ПМП;

– внедрить сквозные технологические кассеты на участках сборки, исключающие воздействие ПМП на руки работающих;

– внедрить специальные приспособления дистанционного принципа действия для захвата приборов в магнитном поле и манипуляций.

Технологические установки постоянного тока следует размещать на таком расстоянии друг от друга, чтобы персонал, занятый на одном рабочем месте, не попадал в зону действия ПМП от другого источника.

При организации рабочих мест (рабочих зон) следует осуществлять и такие организационные мероприятия по снижению воздействия ПМП на организм человека, как выбор рационального режима труда и отдыха, сокращение времени нахождения в условиях действия ПМП, определение маршрута движения в рабочей зоне, ограничивающего контакт с ПМП.

Заметим, что кроме защиты временем, расстоянием и указанных выше мероприятий, наиболее действенной технической мерой для защиты от магнитного поля является экранирование. Экранирование от постоянных магнитных полей осуществляется посредством того, что для защиты человека или какого-либо оборудования от влияния посторонних магнитных полей их окружают массивными замкнутыми оболочками из ферромагнитного материала. Такие оболочки и называют магнитными экранами. Поле внутри экрана оказывается ослабленным по сравнению с внешним полем.

Например, для экрана в форме полого шара с радиусами R1 и R2 (рис. 3.22) и с абсолютной магнитной проницаемостью стенок m, помещенного во внешнее однородное поле с индукцией В, магнитная индукция В в полости экрана равна [45]:

Например, если R1 = 0.8R2 и m = 400, то В = 0.023В. Следовательно, напряженность поля внутри экрана составляет 2 % от напряженности внешнего поля.

В случае экрана, выполненного в форме цилиндра с радиусами R1 и R2, значение магнитной индукции в средней части экрана при больших значениях магнитной проницаемости стали, из которой изготовлен экран (m >> m), можно определить с помощью следующего выражения:

Здесь d – толщина стенки экрана (d = R2 – R1).

Экранирующее действие экранов из ферромагнитного вещества определяется тем, что линии магнитной индукции внешнего поля, стремясь пройти по пути с наименьшим магнитным сопротивлением, сгущаются внутри стенок экрана, почти не проникая в его полость. Точно также можно защитить внешнее пространство от воздействия магнитного поля, если

источник поля окружить массивной замкнутой оболочкой из ферромагнитного материала Нередко применяют многоступенчатые экраны в виде нескольких полых ферромагнитных тел, расположенных одно внутри другого.

Принцип действия экранов, которые применяются для защиты от воздействия магнитных полей промышленной частоты, будет рассмотрен ниже. Здесь только отметим, что физически экранирующее действие таких экранов объясняется не только тем, что магнитное сопротивление стенок экрана много меньше магнитного сопротивление воздуха, но и возникновением вихревых токов в стенках экрана, которые создают свое магнитное поле, направленное навстречу внешнему полю, и тем самым ослабляют его. Поэтому в данном случае важна не только величина магнитной проницаемости материала, из которого изготовлен экран, но и его удельная проводимость.

Отметим, что экранирующие устройства, предназначенные для защиты от магнитных полей, являются также хорошими защитными средствами (при их заземлении) и от электрических полей. Однако те экранирующие устройства, которые предназначены для защиты от электрических полей и толщина стенок которых определяется в основном из соображений механической прочности, могут оказаться малоэффективными при защите от магнитных полей, особенно, если эти поля являются постоянными.

Изолятор для магнита и экранирование магнитного поля

Как сделать так, чтобы два магнита, находящиеся рядом друг с другом, не чувствовали присутствие друг друга? Какой материал нужно разместить между ними, чтобы силовые линии магнитного поля от одного магнита не достигали бы второго магнита?

Этот вопрос не такой тривиальный, как может показаться на первый взгляд. Нам нужно по настоящему изолировать два магнита. То есть, чтобы эти два магнита можно было по разному поворачивать и по разному перемещать их относительно друг друга и тем не менее, чтобы каждый из этих магнитов вёл себя так, как будто бы другого магнита рядом нет. Поэтому всякие фокусы с размещением рядом третьего магнита или ферромагнетика, для создания какой-то особой конфигурации магнитных полей с компенсацией всех магнитных полей в какой-то одной отдельно взятой точке, принципиально не проходят.

Диамагнетик.

Иногда ошибочно думают, что таким изолятором магнитного поля может служить диамагнетик. Но это не верно. Диамагнетик действительно ослабляет магнитное поле. Но он ослабляет магнитное поле только в толще самого диамагнетика, внутри диамагнетика. Из-за этого многие ошибочно думают, что если один или оба магнита замуровать в куске диамагнетика, то, якобы, их притяжение или их отталкивание ослабеет.

Но это не является решением проблемы. Во-первых, силовые линии одного магнита всё равно будут достигать другого магнита, то есть магнитное поле только уменьшается в толще диамагнетика, но не исчезает совсем. Во-вторых, если магниты замурованы в толще диамагнетика, то мы не можем их двигать и поворачивать относительно друг друга.

А если сделать из диамагнетика просто плоский экран, то этот экран будет пропускать сквозь себя магнитное поле. Причем, за этим экраном магнитное поле будет точно такое же, как если бы этого диамагнитного экрана не было бы вообще.

Это говорит о том, что даже замурованные в диамагнетик магниты не испытают на себе ослабления магнитного поля друг друга. В самом деле, ведь там, где находится замурованный магнит, прямо в объеме этого магнита диамагнетик попросту отсутствует. А раз там, где находится замурованный магнит, отсутствует диамагнетик, то значит, оба замурованных магнита на самом деле взаимодействуют друг с другом точно также, как если бы они не были замурованы в диамагнетике. Диамагнетик вокруг этих магнитов также бесполезен, как и плоский диамагнитный экран между магнитами.

Идеальный диамагнетик

Нам нужен такой материал, который бы, вообще, не пропускал через себя силовые линии магнитного поля. Нужно чтобы силовые линии магнитного поля выталкивались из такого материала. Если силовые линии магнитного поля проходят через материал, то, за экраном из такого материала, они полностью восстанавливают всю свою силу. Это следует из закона сохранения магнитного потока.

В диамагнетике ослабление внешнего магнитного поля происходит за счет наведенного внутреннего магнитного поля. Это наведенное магнитное поле создают круговые токи электронов внутри атомов. При включении внешнего магнитного поля, электроны в атомах должны начать двигаться вокруг силовых линий внешнего магнитного поля. Это наведенное круговое движение электронов в атомах и создает дополнительное магнитное поле, которое всегда направлено против внешнего магнитного поля. Поэтому суммарное магнитное поле в толще диамагнетика становится меньше, чем снаружи.

Но полной компенсации внешнего поля за счет наведенного внутреннего поля не происходит. Не хватает силы кругового тока в атомах диамагнетика, чтобы создать точно такое же магнитное поле, как внешнее магнитное поле. Поэтому в толще диамагнетика остаются силовые линии внешнего магнитного поля. Внешнее магнитное поле, как бы, «пробивает» материал диамагнетика насквозь.

Читать еще:  Архитектура приложения php

Единственный материал, который выталкивает из себя силовые линии магнитного поля, это сверхпроводник. В сверхпроводнике внешнее магнитное поле наводит такие круговые токи вокруг силовых линий внешнего поля, которые создают противоположно направленное магнитное поле в точности равное внешнему магнитному полю. В этом смысле сверхпроводник является идеальным диамагнетиком.

На поверхности сверхпроводника вектор напряженности магнитного поля всегда направлен вдоль этой поверхности по касательной к поверхности сверхпроводящего тела. На поверхности сверхпроводника вектор магнитного поля не имеет составляющую, направленную перпендикулярно поверхности сверхпроводника. Поэтому силовые линии магнитного поля всегда огибают сверхпроводящее тело любой формы.

Огибание сверхпроводника линиями магнитного поля

Но это совсем не означает, что если между двумя магнитами поставить сверхпроводящий экран, то он решит поставленную задачу. Дело в том, что силовые линии магнитного поля магнита пойдут к другому магниту в обход экрана из сверхпроводника. Поэтому от плоского сверхпроводящего экрана будет только ослабление влияния магнитов друг на друга.

Это ослабление взаимодействия двух магнитов будет зависеть от того, на сколько увеличилась длина силовой линии, которая соединяет два магнита друг с другом. Чем больше длины соединяющих силовых линий, тем меньше взаимодействие двух магнитов друг с другом.

Это точно такой же эффект, как если увеличивать расстояние между магнитами без всякого сверхпроводящего экрана. Если увеличивать расстояние между магнитами, то длины силовых линий магнитного поля тоже увеличиваются.

Значит, для увеличения длин силовых линий, которые соединяют два магнита в обход сверхпроводящего экрана, нужно увеличивать размеры этого плоского экрана и по длине и по ширине. Это приведет к увеличению длин обходящих силовых линий. И чем больше размеры плоского экрана по сравнению с рассстоянием между магнитами, тем взаимодействие между магнитами становится меньше.

Взаимодействие между магнитами полностью исчезает только тогда, когда оба размера плоского сверхпроводящего экрана становятся бесконечными. Это аналог той ситуации, когда магниты развели на бесконечно большое расстояние, и поэтому длина соединяющих их силовых линий магнитного поля стала бесконечной.

Теоретически, это, конечно, полностью решает поставленную задачу. Но на практике мы не можем сделать сверхпроводящий плоский экран бесконечных размеров. Хотелось бы иметь такое решение, которое можно осуществить на практике в лаборатории или на производстве. (Про бытовые условия речи уже не идет, так как в быту невозможно сделать сверхпроводник.)

Разделение пространства сверхпроводником

По другому, плоский экран бесконечно больших размеров можно интерпретировать как разделитель всего трехмерного пространства на две части, которые не соединены друг с другом. Но пространство на две части может разделить не только плоский экран бесконечных размеров. Любая замкнутая поверхность делит пространство тоже на две части, на объем внутри замкнутой поверхности и объем вне замкнутой поверхности. Например, любая сфера делит пространство на две части: шар внутри сферы и всё, что снаружи.

Поэтому сверхпроводящая сфера является идеальным изолятором магнитного поля. Если поместить магнит в такую сверхпроводящую сферу, то никогда никакими приборами не удается обнаружить, есть ли внутри этой сферы магнит или его там нет.

И, наоборот, если Вас поместить внутрь такой сферы, то на Вас не будут действовать внешние магнитные поля. Например, магнитное поле Земли невозможно будет обнаружить внутри такой сверхпроводящей сферы никакими приборами. Внутри такой сверхпроводящей сферы можно будет обнаружить только магнитное поле от тех магнитов, которые будут находиться тоже внутри этой сферы.

Таким образом, чтобы два магнита не взаимодействовали друг с другом надо один из этих магнитов поместить во внутрь сверхпроводящей сферы, а второй оставить снаружи. Тогда магнитное поле первого магнита будет полностью сконцентрировано внутри сферы и не выйдет за пределы этой сферы. Поэтому второй магнит не почувствует привутствие первого. Точно также магнитное поле второго магнита не сможет залезть во внутрь сверхпроводящей сферы. И поэтому первый магнит не почувствует близкое присутствие второго магнита.

Наконец, оба магнита мы можем как угодно поворачивать и перемещать друг относительно друга. Правда первый магнит ограничен в своих перемещениях радиусом сверхпроводящей сферы. Но это только так кажется. На самом деле взаимодействие двух магнитов зависит только лишь от их относительного расположения и их поворотов вокруг центра тяжести соответствующего магнита. Поэтому достаточно разместить центр тяжести первого магнита в центре сферы и туда же в центр сферы поместить начало координат. Все возможные варианты расположения магнитов будут определяться только всеми возможными вариантами расположения второго магнита относительно первого магнита и их углами поворотов вокруг их центров масс.

Разумеется вместо сферы можно взять любую другую форму поверхности, например, эллипсоид или поверхность в виде коробки и т.п. Лишь бы она делила пространство на две части. То есть в этой поверхности не должно быть дырочки, через которую может пролезть силовая линия, которая соединит внутренний и внешний магниты.

ЗАЩИТА ОТ ВОЗДЕЙСТВИЯ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ ПРОМЫШЛЕННОЙ ЧАСТОТЫ

Величко Дмитрий Анатольевич,

к.т.н., ведущий инженер ЗАО Тестприбор

Аннотация. Рассмотрены влияния магнитных полей промышленной частоты на физиологию человека и электромагнитную совместимость радиотехнических средств, современные материалы и методы ослабления вредного влияния магнитных полей промышленной частоты, проведен сравнительный анализ применяемых ранее листовых и плитных кристаллических сплавов с современными аморфными и нанокристаллическими сплавами. Сделаны выводы о существенном превосходстве экранов из современных материалов.

Развитие электротехники и радиотехники, использование высоковольтных линий электропередач, широкое распространение средств связи и радиоэлектронных устройств вызвало существенный рост уровней электромагнитных полей (ЭМП). Установлено, что ЭМП, которые содержат как электрическую так и магнитную составляющую, вызывают помехи радиоэлектронным устройствам, сильно влияют на здоровье человека, во многих случаях опасны для жизни. В настоящее время области влияний ЭМП уже учитывают отдельно, разделяя их по ряду характеристик: по частотному диапазону электромагнитных волн – от сверхнизкочастотного (СНЧ) до сверхвысокочастотного (СВЧ), по компонентам поля – электрическая (ЭП) и магнитная (МП) компоненты ЭМП, по источникам излучения – линии электропередачи (ЛЭП), радиотехнические системы различного назначения, например, системы связи, радиолокационные, технологические и др., по уровню напряжения источника излучения – сверхвысокое напряжение (СВН) и по другим признакам. Можно отметить также, что средства массовой информации уделяют много внимания влиянию ЭМП на человека, например «магнитным бурям», которые по интенсивности воздействия часто уступают влиянию ЭМП промышленного города.

Методы и средства борьбы с вредным влиянием ЭМП на различные объекты естественного и антропогенного происхождения сильно отличаются. В России и во многих развитых странах эти методы и средства стандартизируются с учетом отличия физических свойств ЭМП. Введение стандартов свидетельствует о том огромном внимании, которое уделяет современное общество данному направлению научно-технического прогресса. В статье рассматривается и анализируется только небольшая область этого направления – современные способы защиты от МП промышленной частоты (ПЧ), сравниваются защитные свойства различных материалов, которые используются для ослабления воздействия ЭМП на объекты, многие из которых предназначены для работы или проживания человека.

Защита человека, его здоровье являются приоритетными темами современных исследований. Научное объяснение воздействия ЭМП на организм человека, на биообъекты, приведенное в [1,2], позволяет не только ознакомиться с современными взглядами на зависимости влияния магнитных полей на биомолекулы, но и получить оценки уровней МП, которые могут влиять на состояние живого организма. Следует отметить, что подобные исследования ведутся давно, первые обобщения влияния ЭМП на физиологию были сделаны в монографии [3], изданной еще в начале прошлого века. Исследования биологических воздействий постоянного МП, либо совместного действия МП и ЭМП продолжаются (см., например, [4]) и будут продолжаться, так как технические средства на основе ЭМП непрерывно совершенствуются. Результаты подобных исследований, проверенные практикой, лежат в основе современных стандартов, в которых обобщена информация о воздействии ЭМП.

В качестве примера в таблице 1 приведены ориентировочные данные по эффектам воздействия МП на здоровье человека в зависимости от плотностей тока.

Эффекты воздействия магнитного поля на здоровье человека

Эффекты воздействия магнитного поля

Минимальные эффекты, не представляющие опасности для человека

Выраженные эффекты – зрительные и со стороны нервной системы

Стимуляция возбудимых структур, возможно неблагоприятное влияние на здоровье

Возможны экстрасистолия, фибрилляция желудочков сердца (острое поражение)

Как видно из приведенных данных, диапазон воздействий магнитного поля на человека весьма широк. Следует отметить, что уровни воздействия поля необходимо правильно измерить, иначе легко выйти за пределы, которые определены нормативными документами и, ошибиться в необходимом уровне подавления поля. Согласно «Санитарно-эпидемиологическим требованиям» (СанПиН) допустимые уровни электромагнитного излучения промышленной частоты 50 Гц в жилых помещениях измеряются на расстоянии от 0,2 м от стен и окон, на высоте 0,5-1,8 м от пола и не должны превышать: для электрического поля 0,5 кВ/м, для магнитного 5 мкТл (4 А/м).

Анализ литературных данных, краткое перечисление и цитирование полученных результатов позволяют определить следующие задачи и условия проектирования. Защита от воздействия МП промышленной частоты должна работать при весьма отличающихся параметрах поля, при разных условиях, в которых находятся защищаемые объекты, при различных режимах воздействий и т.д. Это означает, что единый проект защиты на все существующие объекты реализовать невозможно, даже подбор требований и ограничений на защитные устройства является слишком сложной задачей, которая должна решаться для конкретных условий, в ряде случаев и с помощью компьютерного моделирования.

Читать еще:  Автоматическая система противодымной защиты

Рассмотрим результаты исследований по глубокому подавлению МП промышленной частоты за счет применения новых материалов и технологий. В последних работах, как правило, используется метод шунтирования. Экран выполняется из ферромагнитного материала с высокой магнитной проницаемостью, при этом линии магнитного поля концентрируются в стенках экрана, как показано на рис.1.

Как видно из принципа экранирования за счет шунтирования, основная функция – глубокое экранирование, обеспечивается качеством материала экрана, его конструкцией и технологией, которая обеспечивает шунтирование не только в цельных частях экрана, но и в местах соединения отдельных частей.

До недавнего времени в нашей стране для создания систем электромагнитной защиты с высоким коэффициентом экранирования применялись листовые (сталь) и плитные (пермаллой) кристаллические сплавы. При частотах МП менее 10 кГц обычные материалы не обеспечивали необходимую степень экранирования при приемлемых соотношениях толщины стенок к характерному размеру защищенной области. Поэтому использовались магнитомягкие сплавы, обладающие повышенной магнитной проницаемостью μ, которая прямо пропорциональна коэффициенту экранирования – степени подавления МП в защищенной области [5].

Необходимо подчеркнуть, что высокое значение магнитной проницаемости должно сохраняться и при механических воздействиях, неизбежно возникающих при монтаже экрана.

Рисунок 1 Шунтирование магнитного поля экраном

Такому требованию удовлетворяют только аморфные магнитомягкие сплавы [6]. Это подтверждается работами зарубежных исследователей, которые провели сравнение эффективностей экранирования, выполненного с помощью аморфных и кристаллических магнитомягких сплавов.

Толщина стального листа, обеспечивающего необходимую эффективность экранирования обычно более 3-х мм. Конструкция швов такого экрана должна обеспечивать надежный электрический контакт с низким переходным сопротивлением высокочастотным токам по периметру соединяемых деталей экрана. Для обеспечения этого требования соединение листов экрана производится герметичным швом электродуговой сварки в среде защитного газа (по ГОСТ 14771-76). При этом проводится обязательный контроль качества каждого шва, что делает довольно сложным изготовление входов в помещения, вентиляции и вводов коммуникаций. Кроме этого, например, магнитные свойства пермаллоя марки 79НМ после деформации на 10% снижаются почти в 18 раз.

В настоящее время при создании материалов для электромагнитной защиты от МП наибольшую ценность представляют быстрозакаленные металлические сплавы (аморфные и нанокристаллические).

Магнитные аморфные сплавы (ферромагнитные сплавы с узкой петлёй гистерезиса), наряду с высокой механической прочностью и коррозионной стойкостью характеризуются исключительной «мягкостью» магнитных свойств (низкая коэрцитивная сила, высокая магнитная проницаемость) – они могут легко намагничиваться и размагничиваться в слабых полях. В сочетании с высоким электрическим сопротивлением это приводит к низким значениям как магнитных, так и электрических потерь.

Магнитные аморфные сплавы позволяют, например, при экранировании силового кабеля снизить уровень магнитного поля в 10–500 раз, а при проведении сварочных работ ослабить внешнее магнитное поле внутри защитной одежды в 10-20 раз при внешнем поле до 1000 мкТл. Это позволяет обеспечивать выполнение требований СанПиН к снижению уровней электромагнитных полей в производственных условиях.

Аморфный сплав – это определенный вид прецизионного сплава. Он обладает целым комплексом физических и химических свойств, полезных для эффективного снижения МП. Одно из основных отличий аморфного сплава от электротехнической стали – отсутствие периодичности в расположении атомов. Эти сплавы отличаются от кристаллических сплавов большей устойчивостью к коррозии, они прочнее в несколько раз и имеют улучшенную электромагнитную характеристику. Путем химического подбора компонентов сплава и отладки метода его охлаждения достигается аморфное состояние металла. Скорость охлаждения превышает скорость кристаллизации за счет того, что готовый расплав выливается на диск, который вращается с большой скоростью. Как только расплав попадает на вращающийся диск, он резко охлаждается, имеет схожесть с аморфной структурой стекла и принимает форму ленты толщиной от 15 до 60 мкм. Магнитные и экранирующие свойства ленточных аморфных ферромагнитных материалов изучены в [7].

Рассматриваемым сплавам путем термомагнитной обработки придают специальные свойства: можно получить петлю гистерезиса определенной формы, сделать структуру частично кристаллизованной, аморфной или нанокристаллической.

В 1988 году инженерами фирмы Hitachi Metals впервые был разработан так называемый, нанокристаллический сплав. Наибольшую магнитную проницаемость и наименьшую коэрцитивную силу полоса с нанокристаллической структурой получает благодаря расположению кристаллитов диаметром от 10 до 20 нм по всей магнитопроводной ленте. Из-за относительно высокого удельного сопротивления (от 110 мкОм/см до 120 мкОм/см), и незначительной толщины ленты, появилась возможность добиться наименьшей коэрцитивной силы и наибольшей магнитной проницаемости. В таблице 2 приведены характеристики различных материалов [8,9] с целью сравнения.

Сравнительные характеристики аморфных и нанокристаллических магнитомягких материалов относительно традиционных

Защита от постоянных электрических и магнитных полей.

Источником электрических по­лей промышленной частоты яв­ляются токоведущие части дей­ствующих электроустановок (линии электропередач, индукторы, конден­саторы термических установок, фидерные линии, генераторы, трансформаторы, электромагниты, соленоиды, импульсные установки полупериодного или конденсатор­ного типа, литые и металлокерамические магниты и др.).

Длительное воздействие электрического поля на организм человека может выз­вать нарушение функционального состояния нервной и сердечно-со­судистой систем. Это выражается в повышенной утомляемости, сниже­нии качества выполнения рабочих операций, болях в области сердца, изменении кровяного давления и пульса.

Основными видами средств кол­лективной защиты от воздействия электрического поля токов промыш­ленной частоты являются экраниру­ющие устройства — составная часть электрической установки, предназ­наченная для защиты персонала в открытых распределительных уст­ройствах и на воздушных линиях электропередач.

Экранирующее устройство необ­ходимо при осмотре оборудования и при оперативном переключении, наблюдении за производством ра­бот. Конструктивно экранирующие устройства оформляются в виде козырьков, навесов или перегоро­док из металлических канатов, прут­ков, сеток.

Переносные экраны также исполь­зуются при работах по обслужива­нию электроустановок в виде съем­ных козырьков, навесов, перегоро­док, палаток и щитов.

Экранирующие устройства долж­ны иметь антикоррозионное покры­тие и заземлены.

Источником электромагнитных полей радиочастот являются:

в диапазоне 60 кГц — 3 МГц — не­экранированные элементы обору­дования для индукционной обра­ботки металла(закалка, отжиг, плав­ка, пайка, сварка и т.д.) и других материалов, а также оборудования и приборов, применяемых в радио­связи и радиовещании;

в диапазоне 3 МГц — 300 МГц -неэкранированные элементы обо­рудования и приборов, применяе­мых в радиосвязи, радиовещании, телевидении, медицине, а также оборудования для нагрева диэлек­триков (сварка пластикатов, нагрев пластмасс, склейка деревянных изделий и др.);

в диапазоне 300 МГц — 300 ГГц -неэкранированные элементы обо­рудования и приборов, применяе­мых в радиолокации, радиоастро­номии, радиоспектроскопии, физи­отерапии и т.п.

Длительное воздействие радио­волн на различные системы орга­низма человека по последствиям имеют многообразные проявления.

Наиболее характерными при воз­действии радиоволн всех диапазо­нов являются отклонения от нор­мального состояния центральной нервной системы и сердечно-сосу­дистой системы человека. Субъек­тивными ощущениями облучаемого персонала являются жалобы на ча­стую головную боль, сонливость или общую бессонницу, утомляемость, слабость, повышенную потливость, снижение памяти, рассеянность, го­ловокружение, потемнение в гла­зах, беспричинное чувство тревоги, страха и др.

Для обеспечения безопасности работ с источниками электромаг­нитных волн производится систе­матический контроль фактических нормируемых параметров на рабо­чих местах и в местах возможного нахождения персонала. Контроль осуществляется измерением напря­женности электрического и магнит­ного поля, а также измерением плот­ности потока энергии по утверж­денным методикам Министерства здравоохранения.

Защита персонала от воздей­ствия радиоволн применяется при всех видах работ, если усло­вия работы не удовлетворяют требованиям норм. Эта защита осуществляется следующими способами и средствами:

согласованных нагрузок и погло­тителей мощности, снижающих на­пряженность и плотность поля пото­ка энергии электромагнитных волн;

экранированием рабочего места и источника излучения;

рациональным размещением обо­рудования в рабочем помещении;

подбором рациональных режимов работы оборудования и режима тру­да персонала;

применением средств предупре­дительной защиты.

Эффективным средством защиты от воздействия электромагнитных излучений является экранирование источников излучения и рабочего места с помощью экранов, погло­щающих или отражающих электро­магнитную энергию. Отражающие экраны используют в основном для защиты от паразит­ных излучений (утечки из цепей в линиях передачи СВЧ-волн, из ка­тодных выводов магнетронов и дру­гих. В остальных слу­чаях, как правило, применяются по­глощающие экраны.

Для изготовления отражающих экранов используются материалы с высокой электропроводностью, на­пример металлы (в виде сплошных стенок) или хлопчатобумажные тка­ни с металлической основой. Сплош­ные металлические экраны наибо­лее эффективны и уже при толщине 0,01 мм обеспечивают ослабление электромагнитного поля примерно на 50 дБ (в 100 000 раз).

Для изготовления поглощающих экранов применяются материалы с плохой электропроводностью. По­глощающие экраны изготавливают­ся в виде прессованных листов ре­зины специального состава с кони­ческими сплошными или полыми шипами, а также в виде пластин из пористой резины, наполненной кар­бонильным железом, с впрессован­ной металлической сеткой. Эти ма­териалы приклеиваются на каркас или на поверхность излучающего оборудовани

3.5.Защита от лазерного излучения.
Лазер или оптический квантовый генератор — это генератор электромагнитного излучения оптического диапазона, основанный на использовании вынужденного (стимулированного) излучения. Благодаря своим уникальным свойствам (высокая направленность луча, когерентность) находят исключительно широкое применение в различных областях промышленности, науки, техники, связи, сельском хозяйстве, медицине, биологии и др.
В основу классификации лазеров положена степень опасности лазерного излучения для обслуживающего персонала. По этой классификации лазеры разделены на 4 класса:
класс 1 (безопасные) — выходное излучение не опасно для глаз;

Читать еще:  Издержки спецификации и защиты прав собственности

класс II (малоопасные) — опасно для глаз прямое или зеркально отраженное излучение;
класс III (среднеопасные) — опасно для глаз прямое, зеркально, а также диффузно отраженное излучение на расстоянии 10 см от отражающей поверхности и (или) для кожи прямое или зеркально отраженное излучение;
класс IV (высокоопасные)- опасно для кожи диффузно отраженное излучение на расстоянии 10 см от отражающей поверхности.
В качестве ведущих критериев при оценке степени опасности генерируемого лазерного излучения приняты величина мощности (энергии), длина волны, длительность импульса и экспозиция облучения.
Предельно допустимые уровни, требования к устройству, размещению и безопасной эксплуатации лазеров регламентированы «Санитарными нормами и правилами устройства и эксплуатации лазеров» № 2392-81, которые позволяют разрабатывать мероприятия по обеспечению безопасных условий труда при работе с лазерами. Санитарные нормы и правила позволяют определить величины ПДУ для каждого режима работы, участка оптического диапазона по специальным формулам и таблицам. Предельно допустимые уровни облучения дифференцированы с учетом режима работы лазеров -непрерывный режим, моноимпульсный, импульсно-периодический.
В зависимости от специфики технологического процесса работа с лазерным оборудованием может сопровождаться воздействием на персонал главным образом отраженного и рассеянного излучения. Энергия излучения лазеров в биологических объектах (ткань, орган) может претерпевать различные превращения и вызывать органические изменения в облучаемых тканях (первичные эффекты) и неспецифические изменения функционального характера (вторичные эффекты), возникающие в организме в ответ на облучение.
Влияние излучения лазера на орган зрения (от небольших функциональных нарушений до полной потери зрения) зависит в основном от длины волны и локализации воздействия.
При применении лазеров большой мощности и расширении их практического использования возросла опасность случайного повреждения не только органа зрения, но и кожных покровов и даже внутренних органов с дальнейшими изменениями в центральной нервной и эндокринной системах.
Предупреждение поражений лазерным излучением включает систему мер инженерно-технического, планировочного, организационного, санитарно-гигиенического характера.
При использовании лазеров II-III классов в целях исключения облучения персонала необходимо либо ограждение лазерной зоны, либо экранирование пучка излучения. Экраны и ограждения должны изготавливаться из материалов с наименьшим коэффициентом отражения, быть огнестойкими и не выделять токсических веществ при воздействии на них лазерного излучения.
Лазеры IV класса опасности размещаются в отдельных изолированных помещениях и обеспечиваются дистанционным управлением их работой.
При размещении в одном помещении нескольких лазеров следует исключить возможность взаимного облучения операторов, работающих на различных установках. Не допускаются в помещения, где размещены лазеры, лица, не имеющие отношения к их эксплуатации. Запрещается визуальная юстировка лазеров без средств защиты.
Для защиты от шума принимаются соответствующие меры звукоизоляции установок, звукопоглощения и др.
К индивидуальным средствам защиты, обеспечивающим безопасные условия труда при работе с лазерами, относятся специальные очки, щитки, маски, обеспечивающие снижение облучения глаз до ПДУ.
Средства индивидуальной защиты применяются только в том случае, когда коллективные средства защиты не позволяют обеспечить требования санитарных правил.

Экранирование магнитного поля постоянного магнита, экранирование переменных магнитных полей

Для снижения в определенной области пространства напряженности магнитного поля постоянного магнита или низкочастотного переменного магнитного поля переменных токов, — применяют магнитное экранирование. В сравнении с электрическим полем, которое довольно легко экранируется применением клетки Фарадея, магнитное поле полностью экранировать нельзя, его можно лишь до определенной степени ослабить в каком-то конкретном месте.

Практически, в целях научных исследований, в медицине, в геологии, в некоторых технических областях связанных с космосом и атомной энергетикой, часто экранируют очень слабые магнитные поля, индукция которых редко превышает 1 нТл.

Речь идет как о постоянных магнитных полях, так и о переменных магнитных полях широкого частотного диапазона. Индукция магнитного поля Земли, например, в среднем не превышает 50 мкТл, такое поле вместе с высокочастотными шумами проще ослабить путем магнитного экранирования.

Что же касается экранирования магнитных полей рассеяния в силовой электронике и электротехнике (постоянные магниты, трансформаторы, цепи высокого тока), то здесь бывает достаточно просто локализовать значительную часть магнитного поля, а не пытаться убрать его полностью. Ферромагнитный экран — для экранирования постоянных и низкочастотных магнитных полей

Первый и наиболее простой способ экранирования магнитного поля — применение ферромагнитного экрана (кожуха) в форме цилиндра, листа или сферы. Материал такого кожуха должен обладать высокой магнитной проницаемостью и низкой коэрцитивной силой.

Когда подобный экран помещается во внешнее магнитное поле, то магнитная индукция в ферромагнетике самого экрана оказывается сильнее чем внутри экранируемой области, где индукция получится соответственно меньше.

Рассмотрим пример с экраном в форме полого цилиндра.

На рисунке видно, что линии индукции внешнего магнитного поля, проникая в стенку ферромагнитного экрана, сгущаются внутри нее, а непосредственно в полости цилиндра линии индукции окажутся поэтому более разряженными. То есть внутри цилиндра магнитное поле останется минимальным. Для качественной реализации требуемого эффекта, применяют ферромагнитные материалы с высокой магнитной проницаемостью, такие как пермаллой или мю-металл.

Кстати, простое утолщение стенки экрана — не лучший способ повысить его качество. Значительно эффективнее действуют многослойные ферромагнитные экраны с промежутками меду составляющими экран слоями, где коэффициент экранирования будет равен произведению коэффициентов экранирования для отдельных слоев — качество экранирования многослойного экрана будет лучше чем эффект от сплошного слоя толщиной равной сумме упомянутых слоев.

Благодаря многослойным ферромагнитным экранам возможно создание магнитозащищенных комнат для различных исследований. Наружные слои таких экранов изготавливаются в этом случае из ферромагнетиков насыщающихся при больших величинах индукции, тогда как внутренние их слои делаются из мю-металла, пермаллоя, метгласса и т. д. — из ферромагнетиков, насыщающихся при меньших значениях магнитной индукции.

Медный экран — для экранирования переменных магнитных полей

Если требуется экранировать переменное магнитное поле, то применяют материалы с высокой электропроводностью, такие как медь.

В этом случае изменяющееся внешнее магнитное поле наведет в проводящем экране индукционные токи, которые охватят пространство защищаемого объема, причем направление магнитных полей этих индукционных токов в экране будет противоположно внешнему магнитному полю, защита от которого таким образом устраивается. Следовательно внешнее магнитное поле окажется частично скомпенсировано.

При этом чем выше частота токов — тем выше и коэффициент экранирования. Соответственно, для более низких частот, а тем более для постоянных магнитных полей, более всего подходят экраны ферромагнитные.

Коэффициент экранирования К, в зависимости от частоты переменного магнитного поля f, размера экрана L, проводимости материала экрана и его толщины d, — приблизительно можно найти по формуле:

Применение сверхпроводящих экранов

Как известно, сверхпроводник способен полностью вытеснить из себя магнитное поле. Данное явление известно как эффект Мейснера. Согласно правилу Ленца, любое изменение магнитного поля в сверхпровднике порождает индукционные токи, которые своими магнитными полями компенсируют изменение магнитного поля в сверхпроводнике.

Если сравнить с обычным проводником, то в сверхпроводнике индукционные токи не затухают, и поэтому способны оказывать компенсирующее магнитное действие бесконечно (теоретически) долго.

Недостатками метода можно считать высокую его стоимость, наличие внутри экрана остаточного магнитного поля, которое было там до перехода материала в сверхпроводящее состояние, а также чувствительность сверхпроводника к температуре. При этом критическая магнитная индукция для сверхпроводников может достигать десятков тесла.

Активный компенсационный метод экранирования

Для уменьшения внешнего магнитного поля можно специально создать дополнительное магнитное поле, равное по величине, но противоположное по направлению внешнему магнитному полю, от которого необходимо экранировать определенную область.

Это достигается применением специальных компенсирующих катушек (катушек Гельмгольца) — пара одинаковых соосно расположенных катушек с током, которые разносятся на расстояние радиуса катушки. Между такими катушками получается достаточно однородное магнитное поле.

Чтобы добиться компенсации по всему объему заданной области пространства, нужно минимум шесть таких катушек (три пары), которые размещаются в соответствии с конкретной задачей.

Типичные применения такой компенсационной системы — защита от низкочастотных помех, порождаемых электрическими сетями (50 Гц), а также экранирование магнитного поля Земли.

Обычно системы данного типа работают совместно с датчиками магнитного поля. В отличие от магнитных экранов, уменьшающих магнитное поле вместе с шумами внутри всего объема ограниченного экраном, активная защита с применением компенсационных катушек позволяет устранить магнитные помехи лишь в локальной области, на которую она настроена.

Однако, независимо от конструкции системы защиты от магнитных помех, любая из них нуждается в антивибрационной защите, так как вибрация экрана и датчика способствует порождению самим вибрирующим экраном дополнительных магнитных помех.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector