Способы снижения помех от электромагнитного поля

Основные способы ослабления электромагнитных помех

При разработке и использования средств ослабления электромагнитных помех следует исходить из того, что процессы, связанные с генерацией и распространением ЭМП, подчиняются общим законам электротехники. Однако паразитные цепи, по которым распространяются электромагнитные помехи,

существенно затрудняют как анализ этих процессов, так и применение конкретных мер для ослабления помех.

Электромагнитные связи между электрическими цепями и узлами проявляются через электрическое, магнитное, электромагнитное поля, провода и волноводы, связывающие электрические цепи и узлы.

На малых расстояниях действуют все четыре вида связи, по мере удаления от генератора помех прекращается вначале влияние электрического и магнитного полей, затем электромагнитного поля излучения и на большем расстоянии действует только связь по проводам, т.е. наиболее благоприятная среда для распространения помех — провода, причём в ближнем поле на них могут влиять электрическое и магнитное поля, формируя ток помех, который по проводам передаётся на большие расстояния. При этом провод действует и как передающая антенна.

Рассмотрим основные способы ослабления помех, генерируемых ИВЭП импульсного типа.

Помехоподавляющие средства группируем по следующим признакам :

1. Влиянию на вид электромагнитных помех: ослабление кондуктивных

помех ( симметричных и несимметричных ) и ослабление помех

2. Размещению в аппаратуре : внутренние — в узлах собственно ИВЭП

и внешние — с применением специальных дополнительных узлов

(внешних по отношению к ИВЭП, например, помехоподавляющие

3 Характеру исполнения : электрические — путём влияние на

электромагнитные процессы в источнике питания и конструктивные

( механические ) — за счёт рационального конструктивного

Эти признаки весьма условны, так как одни и те же средства влияют на

кондуктивные и на помехи излучения, применение конструктивных мер влияет на электрические процессы и т.п.

а- внутренние средства ослабления ЭМП. Напряжение помех на сопротивлении сети ( эквивалент сети ) Z_с формируется симметричным и несимметричным токами, создаваемыми генераторами напряжения помех. Следовательно, для уменьшения напряжения помех в сети нужно уменьшить ток, протекающий через Z_с. Этого можно достичь, снизив уровень напряжения генераторов помех, уменьшив сопротивления шунтирующих цепей и увеличив сопротивление цепи, включенной последовательно Z_с. Следует также предусмотреть, чтобы контуры, по которым проходят токи помех, имели малые геометрические размеры — это обеспечить меньшие помехи излучения.

Параметры спектра ЭМП зависят от типа силовых каскадов. Например, перепад напряжения на силовых элементах первичной цепи в однотактном и двухтактном с отводом от средней точки первичной обмотки трансформтора инвертора в два раза больше, чем в мостовом и полумостовом, поэтому и помехи, создаваемые по этой причине, будут больше. В однотактном прямом преобразователе форма тока в коллекторной цепи “прямоугольна”, а обратном —

“треугольна”, поэтому уровень помех, обусловленной формой импульса, в обратном преобразователе несколько меньше, чем в прямом. Недостаток, обратного преобразователя низкий КПД.

Важное значение для уменьшения уровня помех имеет рациональный выбор элементной базы. Так, конденсаторы должны иметь минимальные паразитные параметры активного и индуктивного сопротивления, моточные изделия — минимальные индуктивность рассеивания и паразитную ёмкость, транзисторы и тиристоры — соотвествующие частотные свойства, выпрямительные диоды должны быть высокочастотными и обладать плавным восстановлением запирающих свойств или шунтировать конденсаторами небольшой ёмкости.

б- конструктивные способы ослабления помех. Конструктивные способы и средства снижения ЭМП устраняют или ослабляют паразитные ёмкостные и индуктивные связи между ИВЭП и сетью, создают шунтирующие цепи для тока помехи, снижают уровень помех излучения.

Это обеспеечивается рациональным размещением узлов друг относительно друга, корпуса ИВЭП и применение специальных экранирующих элементов.

Установка электростатических экранов между обмотками трансформаторов силовой и управляющей цепей при соединении их с входной и выходной цепями трансформатора позволяет создать шунтирующую цепь для тока помехи и внутри узлов ИВЭП, уменьшив её составляющию, проходящию по корпусу (шасси) и земле.

В качестве экрана применяется незамкнутый виток медной фольги. Электрическая схема соединения представленна на рисунке 2.93. Экран

размещен между первичной и вторичной обмоткой, при соединении с проводом питания первичной обмотки замыкает ток помехи в этом контуре, преграждая путь во вторичную цепь. При высоковольной вторичной обмоткии применяются второй экран между первичной и вторичной обмотками, который при соединении с цепью вторичной обмотки препятствует распространению помех из вторичной в первичную цепь.

Рисунок 2.93 — Электрическая схема соединения экранов в трансформаторе

Один из главных путей распространения несимметричного тока помехи

создаётся через паразитную ёмкость между коллектором силового транзистора и радиатором ( тепловодом ) С_к-р. Этот путь устраняется при соединении радиатора с коллекторной или эмиттерной цепями транзистора. Однако, если радиатор заземлён, то для уменьшения этой ёмкости, которая при применении слюденой прокладки составляет примерно 100 пФ и создания внутреннего контура тока помехи применяется слоистая экранирующая шайба ( рисунок2.94,а ). Путь шунтирования тока помехи показан на рисунке 2.94, б. Применение экранирующей шайбы приводит к уменьшению тока через Z_с в 10 раз.

а- размещение шайбы ;

б- схема соединения

Рисунок 2.94 — Применннение экранирующей “слоистой” шайбы

С целью ослабления паразитных ёмкостных и индуктивных связей поузловой монтаж ИВЭП должен быть компактным, по возможности выполняться “ в линию”, т.е. последовательно узел за узлом, конденсаторы

должны располагаться так, стобы монтажные провода имели минимальную длину. Сигнальные и силовые проводники должны быть разнесены и выплняться экранированным проводом.

Важным средством ослабления помех является правильное выполнение заземления. Для “сигнальной” земли на частотах до 1 МГц предпочтительнее

заземление в одной точки, свыше 10 МГц лучшие результаты обеспечивает

система заземления в нескольких точках проводами минимальной длины. В диапазоне 1…10 МГц заземление осуществляется в одной точке, если самый длинный проводник заземления короче 1/20 ·λ, в противном случае применяется многоточечное заземление. “Сигнальную”, “шумящую” и корпусную земли вместе соединять следует в основном, т.е.сетевом, источнике питания. Заземление экранов и узлов должно выполняться проводом с минимальным полным сопротивлением. Такими же низкоомными проводами

следует выполнять шины питания.

Простым, но эффективным средством уменьшения помех излучения является симметрирование электрических цепей свиванием проводов, по которым протекают одинаковые по значению противофазные токи. При этом излучаемые электромагнитные поля компенсируются. В случае двухстороннего печатного монтажа такие проводники должны располагаться параллельно на противоположных плоскостях монтажной платы.

Опыт показывает, что применение одних только внутренних мер дает понижение уровня кондуктивных помех примерно на 20…25 дБ, что

недостаточно для обеспечения регламентированного уровня напряжения и напряженности поля электромагнитных помех

в- экранирование. Экран ( металлическая перегородка ) служит для локализации электромагнитного поля ИВЭП и его узлов с целью ослабления уровня напряженности поля в окружающем пространстве ( рисунок 2.95).

Физический смысл экранирования электрического поля металлическим листом, соединёным с корпусом прибора заключается формировании короткого замыкания на корпус для цепи, образованной паразитной ёмкостью между экранированными друг от друга узлами.

Эффективность экрана зависит от частоты, свойств материала и его толщины.

При сравнительно низких частотах ( О,1…10 кГц) и тонких экранах, эффективность экрана увеличивается с ротом удельной проводимости и не зависит от магнитной проницаемости материала. В этом случае считать эффективнее применение алюминиевого и еще лучше медного экрана.

Однако с ростом частоты и некотором увеличении толщины лучшими экранирующими свойствами обладает сталь.

В диапазоне частот 10…150 кГц для эффективного экранирования электромагнитного поля рекомендуется применять ферромагнитные материалы с высокой магнитной проницаемостью, большой удельной проводимостью и сравнительно большой толщины.

Рисунок 2.95 — Локализация помех внутри экранированного

В диапазоне частот 150… 10 МГц применяются медь, сталь, латунь, алюминий. В этом диапазоне частот необходимо учитывать потери на

отражение и поглащение, при этом максимальные потери на поглащение вносят стальные экраны, на отражение – медные экраны.

На частотах 10 МГц….1 ГГц экранирование от электромагнитных полей не вызывает особых затруднений.

Для улучшения экранирования на различных частотах применяются многослойные экраны. Коэффициент экранирования многослойного экрана значительно больше произведения коффициентов экранирования каждого из экранов. На практике обычно применяются экраны одинаковой толщины с промежутками между ними, равными 0,5…1,0 мм.

ВЫВОД. Исходя из характеристик экранирующего действия материалов в широком диапазоне частот, технологически изготовление экранов из различных материалов, их стоимости, можно сделать вывод, что во многих практических случаях целесообразно изготавливать экран из стали толщиной 0,5…2 мм. В виду того, что медь вносит больше затухание, чем сталь. За счёт отражения целесообразно изготавливать двухслойный экран медь-сталь или покрывать стальной экран тонким слоем меди со стороны источника помех, т.е. ИВЭП.

Одновременно с экранированием всего ИВЭП в целом необходимо производить экранирование элементов ИВЭП, создающих помехи излучения высокого уровня — трансформаторы, транзисторы, дроссели и др.

Кроме указанных металлических листовых материалов для экранирования применяют фольговые, сеточные материалы, токопроводящие краски, используются металлизация поверхности, с помощью ферроэластов изготавливаются эластичные экраны для высокочастотных полей, применяются другие средства ( радиопоглощающие материалы, специальные ткани, электропроводный клей ).

г- помехоподавляющие фильтры. Для ослабления кондуктивных помех дополнительно к внутренним мерам применяются специальные помнхоподавляющие фильтры (ППФ).

Помехоподавляющие фильтры работают при большом сетевом напряжении и максимальном токе, потребляемом от сети, вносят необходимые затухания в широком диапазоне частот, передавая энергию к ИВЭП и другому оборудованию, обеспечивая высокие эксплуатационные качества питаемых устройств.

По своему назначению ППФ — это широкополосные фильтры нижних частот ( ФНЧ ), пропускающие в идеальном случае беспрепятствено постоянный ток или ток промышленной частоты ( 50,60,400 Гц) и не пропускающие высокочастотные токи радиодиапазона.

Эффективность ППФ в значительной степени зависит от сопротивления генератора помех Z_п. Для несимметричной помехи это сопротивление велико (определяется паразитной ёмкостью, составляющей от единиц до сотен пикофарад). Для симметричной помехи в ИВЭП с ИТ это сопротивление определяется значением полного сопротивления конденсатора входного фильтра ( десятки микрофарад ) и сравнительно невелико.

Поэтому элементы фильтра, предназначенные для ослабления симметричных помех ( Z_п > 150 Ом ) — с конденсаторов ( рисунок 2.96 )

Рисунок 2.96 — Принципиальная схема ППФ обеспечивающая в

диапазоне частот 0,15…30 МГц затухание до 60 дБ

Данная схема состоит из элементов : конденсаторы С_х1 и С_х2 предназначенны для подавленя симетричной помехи ; конденсаторы С_у1, С_у2, С_у3, С_у4 предназначенны для подавлення несимметричной помехи ; дроссели L₁, включенные ( при двухпроводной однофазно сети) каждый в свой провод, выполняют на общем магнитопроводе ( двухобмоточный дроссель). Его обмотки подключаются так, что магнитные потоки, создаваемые в сердечнике нагрузочным током взаимно противоположны и индкетивность дросселя для этого тока и тока симметричной помехи соотвествует индуктивности рассеивания. Падение напряжения питания на нём близко нулю. Для токов несимметричной помехи, текущих по проводам в одном направлении, такие дроссели L₁ и L₂ представляют большое сопротивление. Во всех случаях, когда тумблер питания ИВЭП коммутирует цепь питания за ППФ со стороны сети или темблер не применяется вообще, а включение в сеть производится штепсельной вилкой — необходимо параллельно симметричному конденсатору подключить , по требованию техники безопасноти, разрядное высокоомное сопротивление. Обычно это резистор R₁ типа МЛТ – рассеивающий 0,125…0,25 Вт с номинальным сопротивлением 100…1000 кОм.

Фильтр целесообразно экранировать, используя в качестве экрана корпус ; несимметричные конденсаторы, как правило, проходные должны устанавливаться на корпусе в месте выхода ( входа) проводов фильтра. Внутри фильтр должен быть разделён экранными перегородками на отдельные отсеки, корпус (экран) фльтра должен быть сплошным без щелей. Целесообразно подключение проводов осуществить с помощью экранированых разъёмов.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Как защититься от электромагнитного излучения в квартире?

Все люди и другие живые существа находятся в постоянном контакте с электромагнитными полями (ЭМП). Они являются неотъемлемой частью, окружающей нас природы. Все самые серьезные достижения нашей цивилизации связаны с умением тем или иным образом использовать ЭМП . Даже костры первобытных людей были, по сути, примитивными источниками теплового и видимого диапазона ЭМП.

Практически вся наша техника работает на электричестве и в процессе функционирования повышает фон излучения в окружающей среде . В некоторых случаях уровень искусственного излучения может в тысячи раз превышать природный фон, что создает определенные риски для здоровья. Чтобы снизить его можно и нужно применять различные средства защиты.

Что такое электромагнитное излучение?

Электромагнитное излучение – колебания электрического и магнитного полей, взаимосвязанных друг с другом . Спектр частот таких колебаний очень широк, очень небольшую часть от него (менее 0,0001%) мы воспринимаем органами зрения в виде света. Все что находится за пределами этого узкого диапазона мы не воспринимаем, это невидимое ЭМП.

Хотя без специальных приборов такое излучение обнаружить невозможно, оно может оказывать негативное воздействие на здоровье человека при повышении пороговых значений. Наиболее опасными считаются сверхвысокочастотные гамма волны – это один из главных компонентов радиации.

Но встретится с источником высокой радиоактивности в обычной жизни практически невозможно. А вот бытовые приборы и средства связи окружают нас постоянно. Многие из них являются довольно мощными источниками радиоволн и электромагнитных излучений (ЭМИ) других диапазонов.

Источники электромагнитного излучения в квартире

Благодаря развитию технологий, в последние годы в квартирах и домах появилось огромное количество электроприборов. Многие из них являются источниками достаточно мощных полей. К ним можно отнести:

• Мобильные телефоны;
• WiFi -роутеры;
• Микроволновые печи;
• Компьютеры;
• Планшеты.

Даже обычный фен, утюг и другие подобные приборы при работе излучают ЭМП, но их мощность невысока и серьезного загрязнения не создает.

Источники излучения на улице

Любой житель города ежедневно сталкивается с множеством источников электроизлучения выходя на улицу. К наиболее мощным относятся:

• Антенны операторов мобильной связи;
• Трамваи, троллейбусы и питающие их провода;
• Высоковольтные линии электропередач.

Эти и другие источники ЭМП в сочетании друг с другом создают достаточно высокий фон излучения, который может быть опасным для здоровья. Даже расположенное под землей метро является таким источником. Ведь поезда метрополитена работают на электричестве. При этом излучают вдвое больше ЭМИ чем трамваи либо другой электротранспорт.

Источники излучения на рабочем месте

К мощным источникам ЭМИ, с которыми можно столкнуться на рабочем месте относят:

• Приборы, созданные для излучения таких колебаний. В эту категорию входят радиостанции, радары, медицинские приборы, технологические установки. ЭМП применяется практически во всех отраслях промышленности, особенно широко – в металлургии;
• Устройства, создающие «паразитный» фон при работе. К ним относятся практически все приборы, работающие на электроэнергии.

Нормы электромагнитного излучения на рабочем месте устанавливаются государством и контролируются специальными службами.

Как и чем измерить электромагнитное излучение в квартире?

Выяснить уровень электромагнитного загрязнения в помещении можно двумя способами:

• Самостоятельные измерения при помощи специальных приборов;
• Заказ услуги замера уровня ЭМП в специализированных компаниях.

Важно понимать, что прибора, измеряющего электромагнитное излучение во всем диапазоне частот нет. Создать такой универсальный датчик невозможно, так как физические свойства ЭМП разных частот сильно отличаются. Поэтому такие устройства (особенно бытовые) работают в достаточно узком спектре частот и не всегда могут выявить повышенный фон.

Нормы электромагнитного излучения для человека

Предельно допустимая нагрузка ЭМИ зависит от его частот. Нормы электромагнитного излучения регулирует Санпин (2.2.4.1191-03), в нем прописаны предельные уровни для волн разных частотных диапазонов.

Например, для спектра частот от 30 кГц до 300 МГц предельными считаются такие значения:

Чем опасно электромагнитное излучение для человека?

ЭМИ может существенно влиять на работу практически всех органов и систем. Особенно подвержена негативному воздействию нервная система и головной моз г. Это связано с электрической природой нервных импульсов. При длительном нахождении в областях с повышенным электромагнитным фоном повышается риск развития депрессии и других заболеваний ЦНС.

Некоторые спектры частот способны существенно изменять работу организма на клеточном уровне. Существуют исследования, которые показывают непосредственную связь повышенного воздействия высокочастотного радиоизлучения и риска развития раковых заболеваний.

Механизм такого воздействия основан на том, что молекула ДНК в процессе деления клетки может получить существенный статический заряд, и выступать в качестве мини-антенны поглощающей волны разных длин спектра. Результатом становятся ошибки при ее копировании. Как следствие – возникновение мутаций и преобразование клетки в раковую либо ее гибель.

Не менее сильно воздействие электромагнитного загрязнения на иммунитет и гормональную систему организма. Давно установлено, что при длительном воздействии мощных ЭМП снижается уровень белых клеток в крови . Также регистрируется изменение гормонального баланса. В большинстве случаев уровень выработки гормонов снижается, вплоть до развития серьезной гормональной недостаточности. При этом уровень «гормонов стресса», таких, как кортизол и адреналин наоборот возрастает.

Страдают и другие органы, системы органов. Это связано с тем, что все процессы жизнедеятельности клетки, по сути, имеют электрохимическую природу. Поэтому повышенный фон электромагнитного излучения вреден для всего организма, может существенно нарушить баланс и регуляторные взаимодействия между клетками и органами, приводя к самым различным заболеваниям.

Как снизить электромагнитное излучение в квартире?

Чтобы избежать возникновения болезней от электромагнитного излучения, необходимо предпринимать меры по ограничению их воздействия на бытовом уровне. Часть из них довольно просты и не потребуют серьезных усилий либо вложений средств. К ним относятся:

• Сокращение количества работающих в квартире электроприборов . Особенно это касается компьютеров, смартфонов и других активно излучающих ЭМИ гаджетов;
• Сохранение достаточного расстояния между человеком и источником ЭМП . Даже отодвинув смартфон от подушки на 20-30 см можно заметно снизить его негативное воздействие. Лучше, чтобы расстояние составляло не менее 1,5-2 м. Носить его лучше не в кармане, а в сумке, при разговоре желательно использовать проводную гарнитуру.

Важно понимать, что даже неработающий прибор, подключенный к сети является источником ЭМП. При наличии соединения с сетью на концах шнура образуется разность потенциалов, он становится источником излучения. Хотя мощность его невелика, таких приборов в средней квартире может быть до нескольких десятков. А их суммарное излучение достичь опасных для здоровья величин.

Поэтому после использования электроприборы лучше физически отключать от сети. Это принесет не только пользу для здоровья, но и снизит риск возникновения пожара.

Существуют и другие способы без особых затрат снизить уровень электромагнитного фона в квартире. В их число входят:

• Покупка новых электроприборов с минимальным потреблением электроэнергии . Это позволит не только снизить общий уровень излучения, но и положительно скажется на счетах за электричество;
• Использование специальных увлажнителей. Поддерживая достаточный уровень влажности в помещении можно заметно снизить фоновое излучение. Водяной пар хорошо поглощает ЭМП. Кроме того, это в целом положительно повлияет на микроклимат, послужит хорошей профилактикой респираторных заболеваний;
• Отказ от ионизаторов. Повышенная концентрация заряженных ионов в воздухе в сочетании с высоким уровнем ЭМИ может существенно усилить их негативное воздействие на организм.

К простым средствам можно отнести, грамотную расстановку мебели и электроприборов в квартире. Желательно, чтобы расстояние от них до мест постоянного пребывания человека (кровать, диван, обеденная зона) составляло не менее 1,5-2 м. Этого расстояния будет достаточно для заметного снижения фонового излучения. При расстановке мебели важно учесть расположение кабелей в стенах. Не стоит устанавливать кровать рядом розеткой, идущими к ней в стене проводами.

Технические средства для снижения электромагнитного загрязнения

Для снижения негативного влияния электромагнитных полей можно использовать различные спецсредства, например, экранирующие краски либо специальные шторы . Их применение может потребовать значительных затрат и не всегда оправдано. В большинстве случаев необходимость в них возникает при расположении жилья в области повышенного загрязнения (рядом с высоковольтной ЛЭП, радарами, вышками сотовой связи).

К наиболее эффективным решениям можно отнести:

• Укладка металлической сетки на стены и потолок квартиры . Осуществляется в процессе ремонта, после фиксации к поверхности. Такую сетку обычно покрывают декоративной штукатуркой;
• Использование поглощающих красок. Многие производители предлагают краски, содержащие частицы металлов и других экранирующих материалов. Такое покрытие способно поглотить большую часть вредного излучения;
• Использование штор из экранирующей ткани . Окна – основной источник поступления ЭМИ в помещение. Прикрытие их специальными гардинами, в ткани которых вплетено небольшое количество металлических волокон – хороший метод защиты.

Важно понимать, что использование экранирующих сеток, красок может заметно снизить уровень приема мобильного телефона внутри квартиры. В результате сильно снизиться качество связи, либо аппарат вообще потеряет возможность соединятся с вышкой оператора.

Причем при снижении уровня сигнала современные смартфоны заметно наращивают мощность излучения, поэтому эффект от таких радикальных решений может быть отрицательным. Прежде чем использовать эти дорогостоящие методы защиты нужно проконсультироваться со специалистами и провести профессиональное измерение фона в помещении.

Только после этого нужно принимать решение о методах борьбы с излишним фоновым излучением. В большинстве случаев будет достаточно простой перестановки мебели и уменьшения количества работающих одновременно электроприборов.

Видео по теме:

Источник