pobierz - Zakład Wysokich Napięć i Kompatybilności

LABORATORIUM KOMPATYBILNOŚCI ELEKTROMAGNETYCZNEJ
POLITECHNIKA WARSZAWSKA
KATEDRA WYSOKICH NAPIĘĆ I APARATÓW ELEKTRYCZNYCH
POMIARY NATĘŻENIA POLA ELEKTRYCZNEGO I MAGNETYCZNEGO
O CZĘSTOTLIWOŚCI SIECIOWEJ W OTOCZENIU URZĄDZEŃ
ELEKTRYCZNYCH
1. WPROWADZENIE
Urządzenia elektroenergetyczne, elektryczne i elektroniczne są źródłem pól
elektrycznych, magnetycznych i elektromagnetycznych, które oddziałują zarówno na ludzi jak
i na inne urządzenia znajdujące się w pobliżu tych źródeł, wskutek propagacji fal
elektromagnetycznych. Fala elektromagnetyczna składa się ze sprzężonych ze sobą pól:
elektrycznego E i magnetycznego H (rys.1). Prędkość rozchodzenia się fali w powietrzu jest
prawie taka sama jak w próżni i wynosi c = 300 000 km/s (300 m/µs).
Rys.1. Fala elektromagnetyczna płaska tworzona przez wzajemnie prostopadłe
pole elektryczne E i magnetyczne H.
Długość fali λ i jej częstotliwość f są powiązane zależnością:
λ=c/f
Zależność ta jest zilustrowana w poniższym zestawieniu dla określonych wartości
częstotliwości:
f
50 Hz
1 kHz
1 MHz
300 MHz
1 GHz
6000
km
300
km
300
m
1
m
3 cm
λ
W oparciu o pojęcie długości fali można wyróżnić trzy strefy wokół źródeł pól
elektromagnetycznych:
- strefę pola dalekiego (promieniowania), w odległościach x od źródła większych od
długości fali λ, w której w przypadku fali płaskiej zachodzi pomiędzy natężeniami pól E i H
następująca zależność:
E/H = 120π = 377 Ω
Gęstość mocy promieniowania p [W/m2] jest wyrażona jako:
p=EH
2
W strefie promieniowania parametry pola elektromagnetycznego są jednoznacznie określone,
jeśli jest znana tylko jedna z wymienionych wielkości - p, E lub H.
W przypadku oddziaływania pola elektromagnetycznego na ludzi w zakresie częstotliwości
większych niż 300 GHz (granica częstotliwości przyjmowana dla promieniowania
niejonizującego) przyjmuje się w przybliżonym i nie zawsze poprawnym założeniu, że granica
strefy promieniowania może występować wówczas, gdy stanowiska pracy oraz ludzie
znajdują się w odległości od źródła pola większej niż 1m.
- strefę przejściową, o zasięgu od ok. λ /20 do λ. W strefie tej na równi z polami E i H
charakterystycznymi dla strefy promieniowania występują dodatkowo pola quasi stacjonarne
o natężeniach zmniejszających się znacznie z drugą a nawet trzecią potęgą odległości od
źródła pola. W strefie przejściowej rozkład pól magnetycznych i elektrycznych jest bardzo
złożony i nie występuje pomiędzy nimi jednoznaczny związek. Przy rozpatrywaniu warunków
pracy oraz oddziaływania w strefie przejściowej pól elektromagnetycznych na ludzi oraz na
urządzenia należy uwzględniać zarówno pole elektryczne E jak i magnetyczne H.
- strefę pola bliskiego, o zasięgu od źródła pola do ok. λ /2π ( lub ok. λ/20 ). W strefie tej
dominują quasistacjonarne składowe pola elektrycznego E i magnetycznego H. Natężenie
pola elektrycznego E jest proporcjonalne do napięcia zasilającego źródło pola a natężenie pola
magnetycznego H jest proporcjonalne do prądu płynącego w instalacji źródła pola.
Pola strefy bliskiej są najsilniejsze i stanowią poważne źródło zakłóceń dla urządzeń
elektrycznych i elektronicznych (np. informatycznych, telekomunikacyjnych, itp.) oraz mogą
istotne zagrożenie dla ludzi.
W przypadku źródeł napięć i prądów o częstotliwości sieciowej wytwarzane pole
elektromagnetyczne jest zawsze polem bliskim i może być charakteryzowane przez natężenie
składowej pola elektrycznego E oraz składowej pola magnetycznego H, których wartości
określa się obliczeniowo lub poprzez pomiary. Dla warunków rzeczywistych obliczenia
rozkładu i wartości pól E i H są często bardzo skomplikowane a w praktyce wykonuje się
pomiary obu składowych. Pomiary takie przeprowadza się przy użyciu odpowiednich
przyrządów (sond lub anten), z zachowaniem wymaganych procedur pomiarowych, w
odpowiednich miejscach i na określonych wysokościach z uwzględnieniem wpływu
sąsiadujących obiektów przewodzących oraz warunków atmosferycznych w przypadku
wykonywania pomiarów na terenie otwartym.
W ćwiczeniu do pomiaru natężenia pola elektrycznego E wykorzystuje się miernik
Tracer EF 90 a do pomiarów natężenia pola magnetycznego H miernik ELF 4080 firmy Bell.
Przed rozpoczęciem wykonywania pomiarów należy zapoznać się z instrukcjami obsługi obu
przyrządów (instrukcje są załączone w postaci plików pdf).
2. PROGRAM POMIARÓW
2.1 Wykonanie pomiarów natężenia pola elektrycznego E
Pomiary E należy wykonać w strefie bliskiej w otoczeniu urządzeń nisko
i wysokonapięciowych o częstotliwości sieciowej z uwzględnieniem wpływu redukcji
natężenia pola E za pomocą ekranu przewodzącego oraz w otoczeniu komputera
stacjonarnego.
3
Program pomiarów natężenia pola elektrycznego E obejmuje:
a) wykonanie pomiarów w otoczeniu przekładnika napięciowego 100/ 6000 V w różnych
odległościach od źródła napięcia, zmienianych w zakresie od 2 do 50 cm, dla trzech
przypadków:
- bez ekranu elektromagnetycznego,
- z ekranem nie uziemionym (o nieokreślonym - pływającym potencjale),
- z ekranem uziemionym.
Przed rozpoczęciem pomiaru E należy wykonać pomiar napięcia zasilania przekładnika
napięciowego i określić wartość napięcia po stronie WN.
b) zmierzenie największych wartości E w otoczeniu komputera i monitora w odległościach
wynoszących: 10 cm 50 cm od jednostki centralnej komputera i ekranu monitora.
c) zmierzenie wartości natężenia E w pobliżu źródeł światła znajdujących się w
pomieszczeniu laboratoryjnym.
2.2 Program pomiarów natężenia pola magnetycznego H
Pomiary H wykonuje się w strefie bliskiej w otoczeniu toru prądowego zasilanego z
źródła o częstotliwości sieciowej przy określonej wartości prądu, dla różnych konfiguracji
przewodów zasilających grzejnik rezystancyjny.
Należy zmierzyć:
a) wartości natężenia pola H w różnych odległościach od przewodów zbliżonych do siebie
oraz oddalonych na odległość 30 cm.
b) największe wartości H w otoczeniu komputera i monitora w odległościach wynoszących 10
cm i 50 cm od jednostki centralnej komputera i od ekranu monitora.
3. OPRACOWANIE WYNIKÓW POMIARÓW
Wyniki pomiarów należy przedstawić w postaci tabel oraz wykresów porównawczych.
W sprawozdaniu z ćwiczenia należy:
- opisać metodykę pomiarów,
- scharakteryzować urządzenia w otoczeniu których wykonywane są pomiary,
- sformułować wnioski obejmujące analizę uzyskanych wyników.
ZAŁĄCZNIKI:
1. Instrukcja obsługi miernika miernika Tracer EF 90,
2. Instrukcja obsługi miernika ELF 4080 firmy Bell.