Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Фактори впливу та методи визначення
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний технічний університет України Київський політехнічний інститут
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Електроніка
Кафедра:
Не вказано
Інформація про роботу
Рік:
2002
Тип роботи:
Бакалаврська робота
Предмет:
Телекомунікації
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
Національний технічний університет України
"Київський політехнічний інститут"
Факультет електроніки
Кафедра звукотехніки та реєстрації інформації
АТЕСТАЦІЙНА БАКАЛАВРСЬКА РОБОТА
на тему:
Фактори впливу та методи визначення
електромагнітної обстановки офісного приміщення
за напрямком 6.0924. Телекомунікації
"Затверджено"
Завідувач кафедри
Звукотехніки та реєстрації інформації
Д.т.н., професор
______________ Абакумов В. Г.
ЗАВДАННЯ
на бакалаврську атестаційну роботу
Загоровського Андрія Володимировича
1. Тема роботи
Фактори впливу та методи визначення електромагнітної обстановки офісного приміщення затверджена на засіданні кафедри " " 200__ р., протокол № .
2. Вихідні дані
Дослідження проводиться на базі офісного приміщення з таким обладнанням: мережа електроживлення 220 В 50 Гц, декілька робочих місць з ПЕОМ різних років випуску, один-два апарати зонового зв'язку, інше офісне обладнання та побутові прилади (принтери, сканер, електрочайник, обігрівач).
3. Основні задачі
Визначення діючих в офісному приміщенні електромагнітних завад; визначення джерел електромагнітних завад; опис методів визначення та дослідження електромагнітної обстановки; висновки по електромагнітній безпеці сучасних технологій, які застосовуються в офісах; попереднє визначення засобів покращення електромагнітної обстановки; розробка рекомендацій по забезпеченню електромагнітної безпеки в офісному приміщенні.
4. Термін подання роботи до захисту 15 червня 2002 р.
5. Дата видачі завдання 21 грудня 2001 р.
Керівник ____________
підпис
Завдання прийняв до виконання ____________
підпис
УДК 621.396.6
РЕФЕРАТ
Атестаційна бакалаврська робота: 50 сторінок, 19 рисунків, 6 таблиць, 17 джерел.
Об'єкт дослідження ( електромагнітні завади, фактори впливу та засоби визначення електромагнітної обстановки офісного приміщення, засоби електромагнітного захисту, вітчизняні та міжнародні нормативні документи по електромагнітній сумісності.
Дослідження проводилось з використанням матеріалів вітчизняних та закордонних науково-дослідних інститутів і установ, провідних компаній в галузі електромагнітної сумісності.
В роботі викладено інформацію про існуючі джерела електромагнітних завад, які знаходяться в офісному приміщенні; методи визначення завад та оцінки їхнього впливу на офісне обладнання та людей, які з ним працюють; фактори, що погіршують електромагнітну обстановку у приміщенні та методи її покращення.
Результатом дослідження є висновки з сучасного стану проблеми електромагнітної обстановки в Україні та рекомендації по її вирішенню, а також прогнозування майбутнього її розвитку.
Висновки та рекомендації, які викладено в роботі, можуть застосовуватися при плануванні нових офісних приміщень, а також для покращення електромагнітної обстановки в існуючих офісах.
Прогнозні припущення щодо розвитку об'єкта дослідження ( розробка програми впровадження оптимального за електромагнітною безпекою розташування офісної техніки та організація робочих місць в офісах, дослідження електромагнітної сумісності обладнання локальних обчислювальних мереж.
ЕЛЕКТРОМАНІТНА ОБСТАНОВКА, ЕЛЕКТРОМАГНІТНЕ ВИПРОМІНЕННЯ, ЕЛЕКТРОМАГНІТНА СУМІСНІСТЬ, ЕЛЕКТРОМАГНІТНІ ЗАВАДИ, ОФІСНЕ ПРИМІЩЕННЯ, ОФІСНА ТЕХНІКА, КОМП'ЮТЕРНА ТЕХНІКА, ОХОРОНА ПРАЦІ.
ABSTRACT
Certifying bachelor work: 50 pages, 19 illustrations, 6 tables, 17 sources.
An electromagnetic noise, influence factors of electromagnetic environment in office quarters and way to it evaluation, electromagnetic protection, , international and national normative documents for electromagnetic compatibility is a subject of inquiry.
Investigation carried out by using materials of foreign research institutes and leading companies in the field of electromagnetic compatibility.
There is an information in the work about existent sources of electromagnetic noise placed in typically office quarters; way to determine electromagnetic noise and evaluation its influence on office equipment and people which work with this equipment; factors which worsen the electromagnetic environment and way to make it better.
The work result is resume of present state a problem of electromagnetic environment in Ukraine and recommendations for it solving, as well as forecasting of it further evolution.
Resumes of the work could be used for planing a new office quarters, as well as to make the electromagnetic environment of existed office quarters better.
Forecasting estimates about evolution of the subject of inquiry is developing a program for implantation a disposition of the office equipment for optimal electromagnetic safety, investigation in electromagnetic compatibles of local network equipment.
ELECTROMAGNETIC ENVIRONMENT, ELECTROMAGNETIC RADIATION, ELECTROMAGNETIC COMPATIBLITY, ELECTROMAGNETIC NOISE, OFFICE QAURTERS, OFFICE EQUIPMENT, COMPUTERS, PROTECTION OF LABOUR.
ЗМІСТ
Перелік умовних позначень, скорочень і термінів 6
Вступ 7
1 Електромагнітна обстановка офісного приміщення 9
1.1 Класифікація електромагнітних завад 9
1.2 Класифікація впливу ЕМЗ по ступеню ураження приладів 13
1.3 Джерела електромагнітних завад 14
1.3.1 Аварійні потенціали на елементах заземлювального пристрою 14
1.3.2 Електромагнітні завади, які створюються електропроводкою 15
1.3.3 Джерела і характеристики електромагнітних полів на робочому місті з ПЕОМ 21
1.3.4 Електромагнітні поля, що створюються радіосистемами 27
1.3.5 Інші джерела електромагнітних завад 30
2 Теоретичні методи опису електромагнітної обстановки 32
2.1 Електродинамічний метод 32
2.2 Енергетичний метод 35
2.3 Імовірнісний метод 36
3 Практичні методи визначення та оцінки електромагнітної обстановки 38
3.1 Оцінка параметрів заземлювальних пристроїв 38
3.2 Моніторинг напруги живлення 40
3.3 Контроль електромагнітних полів комп'ютерної техніки 41
3.3.1 Сертифікаційні випробування відеотерміналів та ПЕОМ 41
3.3.2 Вимірювання електромагнітних полів від комп'ютерної техніки на робочих місцях 43
3.3.3 Апаратура контролю електромагнітних полів на робочих місцях з ПЕОМ 45
Висновки 48
Рекомендації 49
Перелік посилань 50
ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ, СКОРОЧЕНЬ І ТЕРМІНІВ
FM ( frequency modulation,
VHF ( very high frequency,
UHF ( ultra high frequency,
АМ ( амплітудна модуляція,
БС ( базова станція,
ВДТ ( відеодисплейний термінал,
ВЧ ( високі частоти,
ДБЖ ( джерело безперервного живлення,
ЕМВ ( електромагнітне випромінювання,
ЕМЗ ( електромагнітні завади,
ЕМО ( електромагнітна обстановка,
ЕМП ( електромагнітне поле,
ЕМС ( електромагнітна сумісність,
ЕМХ ( електромагнітні хвилі,
ЕПТ ( електронно-променева трубка,
ЕРС ( електрорушійна сила,
ЕСР ( електростатичний розряд,
ЗП ( заземлювальний пристрій,
КХ ( короткі хвилі,
МП ( магнітне поле,
МРТ ( мобільний радіотелефон,
ПЕОМ ( персональна електронно-обчислювальна машина,
ПЧ ( промислова частота,
РЕЗ ( радіоелектронні засоби,
РМ ( робоче місце,
РПП ( радіопередавальний пристрій.
ВСТУП
Розвиток науки і техніка, а також суспільного ладу, призвели до появи специфічних приміщень ( офісів, де зосереджена велика кількість працівників підприємства. Відповідно, в приміщенні знаходиться безліч електричного та електронного устаткування та обладнання. Така ситуація вимагає забезпечення електромагнітної сумісності (ЕМС) технічних та екологічних об'єктів. Завдання ускладнюється наявністю різноманітного обладнання за типом впливу, потужністю, частотним діапазоном: починаючи від первинної мережі електроживлення, системи освітлення, обігрівачів, електрочайників та кофеварок і закінчуючи сучасною інформаційною технікою, такою як комп'ютери, принтери, факси, модеми, сканери, мобільні телефони, локальні обчислювальні мережі та комп'ютерні радіомережі. Все це електричне та електронне обладнання створює вкрай складну електромагнітну обстановку (ЕМО), яка може негативно впливати як на роботу електронного обладнання так і на життєдіяльність працівників.
Дослідження ЕМО сучасного офісного приміщення є вкрай необхідним: тільки так можна дізнатись про справжні причини невірної роботи того чи іншого електронного обладнання або відповідність робочих місць нормам електромагнітної безпеки. Без цього дослідження неможливо навіть і найменше усунення проблем, пов'язаних з поганою електромагнітною обстановкою: локалізація джерел електромагнітних завад (ЕМЗ), розробка проектів по їх усуненню чи зменшенню їхнього впливу, отримання експериментальних даних, які можуть використовуватися при розробці нормативних документів по забезпеченню ЕМС та електромагнітної безпеки, стандартів та рекомендацій.
Таким чином, електромагнітні поля, що створюються одним приладом, впливають на роботу іншого обладнання як ЕМЗ. При цьому зв'язок між пристроями може бути кондуктивним або індукційним. З іншого боку ЕМО може негативно впливати на життєдіяльність живих організмів і, зокрема, на людину. Істотною є також проблема захисту інформації, оскільки ЕМО несе в собі інформацію про всі пристрої, що її формують. Проблема захисту інформації від несанкціонованого доступу була актуальної за всіх часів. Сучасні технічні засоби є настільки досконалими, що дозволяють використовувати ЕМЗ інформаційного обладнання, як джерело конфіденційної інформації. В окремих випадках останнє може бути визначним при дослідженні ЕМО.
Проблема ЕМС вже набула глобального характеру, тому країнами Європейського Співтовариства від 1 січня 1996 року введена "Директива Ради Європи з питань гармонізації нормативних документів в області електромагнітної сумісності" 89/336/ЕЕС [1]. В Директиві визначено зокрема (стаття 3), що будь-які технічні засоби, які створюють електромагнітні завади, можуть бути представлені на ринку чи введені в експлуатацію тільки при виконанні умов цієї Директиви, тобто проходженні випробувань відповідно до Європейських нормативних документів. Інші країни розробляють свої національні стандарти і вимоги щодо забезпечення ЕМС.
Зважаючи на велику кількість проблем та факторів, пов'язаних з електромагнітною обстановкою, в даній роботі увага приділена найістотнішим проблемам офісного приміщення звичайного підприємства: заземлювальним пристроям, мережі електроживлення, електромагнітній безпеці комп'ютерної техніки та апаратів зонового зв'язку. В роботі викладено інформацію про ЕМЗ, які створюються вищезазначеним обладнанням та пристроями, фактори впливу ЕМЗ на інше електронне обладнання та людину, теоретичні методи опису ЕМО та методику визначення ЕМО офісних приміщень.
1 ЕЛЕКТРОМАГНІТНА ОБСТАНОВКА ОФІСНОГО ПРИМІЩЕННЯ
1.1 Класифікація електромагнітних завад
Як електромагнітна завада (ЕМЗ) може сприйматись практично будь-яке електромагнітне явище в широкому діапазоні частот від одиниць, десятків герц до одиниць, десятків гігагерц. Перш ніж переходити до розгляду впливу ЕМЗ на електронну апаратуру та людину, спробуємо ввести деяку класифікацію електромагнітних завад [2].
Залежно від джерела ЕМЗ можна розділити на природні та штучні. Найбільш розповсюдженою природною ЕМЗ є електромагнітний імпульс при ударі блискавки. Штучні завади можна розділити на створювані функціональними джерелами і створювані нефункціональними джерелами. Термін функціональне джерело завади будемо використовувати у випадку, якщо для джерела створювана ЕМЗ є корисним сигналом. До таких джерел відносяться, насамперед ті, які передають пристрої радіозв'язку, а також апаратура, що використовує кола живлення для передачі інформації. Нефункціональними будемо називати джерела, що створюють ЕМЗ як побічний ефект у процесі роботи. До них можна віднести будь-які провідні комунікації, що створюють електромагнітні поля, комутаційні пристрої, ключові (імпульсні) блоки живлення апаратури і т.п. Електростатичний розряд (ЕСР) з тіла людини також може розглядатися як ЕМЗ, створювана нефункціональним джерелом. Принципова розбіжність між функціональними і нефункціональними джерелами полягає в тому, що для останніх рівень ЕМЗ часто можна знизити шляхом переробки конструкції джерела, у той час як для функціональних ЕМЗ такий шлях зазвичай виключається.
Залежно від середовища поширення ЕМЗ можуть розділятися на індукційні і кондуктивні. Індуктивними називають ЕМЗ, які поширюються в оточуючому середовищі. Кондуктивні ЕМЗ являють собою струми, які течуть по провідникам, елементам конструкції та землі.
Важливими для розуміння індукційних завад в оточуючому середовищі є поняття ближнього поля (поля індукції) і дальнього поля (поля випромінювання). Властивості електромагнітного поля істотно розрізняються для кожної з цих зон. Вважається, що джерело випромінювання створює ближнє поле, якщо відстань до нього не перевищує (тобто, приблизно одну шосту довжини хвилі). Дальнім вважається поле на відстані більш (2…3)( від джерела. Особливістю ближнього поля є те, що в ньому хвильовий імпеданс ( відношення напруженостей електричного і магнітного полів ( визначається природою джерела випромінювання. В дальньому полі хвильовий імпеданс дорівнює хвильовому імпедансу середовища (для повітря і вакууму ( 377 Ом). У проміжній області між дальнім і ближнім полем відбувається поступовий перехід від одного типу поля до іншого.
Якщо джерелом випромінювання є штирьова антена або прямий провідник, ближнє поле буде в основному електричним (хвильовий імпеданс E/H великий порівняно з 377 Ом). В цьому випадку електричний компонент поля зменшується з відстанню пропорційно , у той час як магнітний ( пропорційно .
Для рамкової антени (типу петлі зі струмом), ближнє поле є в основному магнітним. У цьому випадку вже магнітний компонент поля зменшується з відстанню пропорційно , тоді час як електричний ( пропорційно .
В дальньому полі як магнітний, так і електричний компонент зменшується з відстанню пропорційно .
Розподіл завад на індукційні та кондуктивні є умовним. Реально протікає єдиний електромагнітний процес, який торкається провідникового і непровідникового середовища. У процесі поширення завади можуть перетворюватися з індукційних в кондуктивні і навпаки. Так, змінне електромагнітне поле здатне створювати наведення в кабелях, що далі поширюються як кондуктивні завади. З іншого боку, струми в кабелях і колах заземлення самі створюють електромагнітні поля.
Умовність розподілу завад наочно виявляється, наприклад, в ході аналізу шляху проникнення високочастотних завад усередину електронної апаратури. Часто з'ясовується, що реальний шлях проникнення завади являє собою комбінацію металевих провідників і "доріжок" на платах апаратури ("кондуктивні ділянки") і паразитних ємнісних та індукційних зв'язків ("індукційні ділянки"). В результаті завада досягає високочутливих цифрових контурів апаратури, минаючи захисні елементи, які встановлені в розрахунку на кондуктивний характер завади.
Розподіл завад можна вважати відносно чітким лише в низькочастотній області, коли ємнісні та індуктивні зв'язки зазвичай малі. Однак і тут є виключення ( наприклад, точний аналіз розтікання струму через складний заземлювач у землю вимагає обліку як гальванічної, так і електромагнітної складової єдиного процесу.
Кондуктивні завади в колах, що мають більше одного провідника, прийнято також поділяти на завади "провід ( земля" ( несиметричні, загального виду, і "провід ( провід" ( симетричні, диференціального виду. У першому випадку ("провід-земля") напруга завади прикладена, як випливає з назви, між кожним із провідників кола і землею (рис. 1.1 а). В другому ( між різними провідниками одного кола (рис. 1.1 б). Зазвичай небезпечнішими для апаратури є завади "провід ( провід", оскільки вони виявляються прикладеними так само, як і корисний сигнал, до її інтерфейсних вузлів. Реальні завади найчастіше являють собою комбінацію завад "провід ( провід" і "провід ( земля". Потрібно враховувати, що несиметрія зовнішніх кіл передачі сигналів і вхідних кіл апаратури може викликати перетворення завади "провід ( земля" у заваду "провід ( провід". Це легко зрозуміти, розглядаючи спрощену схему на рис. 2: несиметрія зовнішніх кіл (Zl1≠Zl2) і вхідних кіл апаратури-приймача (Zi1≠Zi2) призводить до появи завади "провід ( провід", величина якої визначається за формулою:
, (1.1)
де Ud ( напруга завади "провід ( провід",
Uс ( напруга завади "провід ( земля",
Zі1, Zi2 ( опір зовнішніх кіл апаратури-приймача,
Zl1, Zl2 ( опір вхідних кіл апаратури-приймача.
Рисунок 1.1 ( Схема прикладання завади "провід ( земля" (а) і
"провід ( провід" (б)
Рисунок 1.2. Перетворення завади "провід ( земля" у заваду "провід ( провід".
В даному прикладі спрощення полягало в тім, що внутрішній опір приймача в режимі "провід ( провід" прийнято рівним нескінченності (тобто, як вимірник корисного сигналу включений ідеальний вольтметр). Детальніше електромагнітні завади радіоелектронних засобів розглянуті у працях [3-5].
Наступні два способи класифікації завад ґрунтуються на їхніх спектральних характеристиках. По-перше, ЕМЗ поділяються на вузькосмугові і широкосмугові. До перших зазвичай відносяться завади від систем зв'язку на несучій частоті, систем живлення змінним струмом і т.п. Їх відмінною рисою є те, що характер зміни завади в часі є синусоїдальним чи близький до нього. При цьому спектр завади близький до лінійчатого (максимальній рівень ( на основній частоті, піки меншого рівня ( на частотах гармонік).
Широкосмугові завади мають істотно несинусоїдальний характер і зазвичай виявляються у вигляді або окремих імпульсів, або їхньої послідовності. Для періодичних широкосмугових сигналів спектр складається з великого набору піків на частотах, кратних частоті основного сигналу. Для аперіодичних завад спектр є неперервним і описується спектральною щільністю. Типовими широкосмуговими завадами є:
( шум, створюваний у мережі живлення апаратури при роботі імпульсного блоку живлення;
( імпульси від блискавок та грозових розрядів;
( імпульси, створювані при комутаційних операціях;
( електростатичний розряд.
Іншою спектральною характеристикою є область частот, в якій лежить основна частина спектру завади. Умовно прийнято поділяти всі завади на низькочастотні і високочастотні. До перших зазвичай відносять завади в діапазоні до 9 кГц. У більшості випадків вони створюються силовими електроустановками і лініями. Високочастотні вузькосмугові завади (з частотою вище 9 кГц) зазвичай створюються різними системами зв'язку. Високочастотними є всі розповсюджені типи імпульсних завад.
Наведена класифікація не претендує на докладність та повноту, проте вона дозволяє ввести поняття, потрібні для подальшого викладання матеріалу. Така класифікація використовується інженерами, які працюють в області електромагнітної сумісності.
1.2 Класифікація впливу ЕМЗ по ступеню ураження приладів
Перш, ніж переходити до опису фізичних механізмів впливу ЕМЗ на апаратуру, розглянемо формальну класифікацію впливу ЕМЗ по ступеню ураження приладів. В діючих міжнародних стандартах та нормативних документах для цього використовуються так звані критерії якості функціонування апаратури під дією ЕМЗ ( сукупність властивостей та параметрів, які характеризують працеспроможність технічних засобів при дії завад. Вони використовуються для формалізації опису роботи апаратури під дією тієї чи іншої завади.
Критерій А
Вплив ЕМЗ ніяк не впливає на функціональні характеристики апаратури, робота якої до, під час і після впливу завад відбувається у повній відповідності до технічних умов або стандартів. Зазвичай виконання критерію А потребує апаратура, яка використовується для виконання функцій високої важливості в реальному масштабі часу. Найперше це апаратура захисту і протиаварійної автоматики.
Критерій В
Допускається тимчасове погіршення функціональних характеристик апаратури в момент впливу завад. Після припинення впливу ЕМЗ функціонування цілком відновлюється без втручання обслуговуючого персоналу. Цей критерій найчастіше використовується для апаратури, що виконує задачі високої важливості, однак не в реальному масштабі часу. Досить специфічним моментом при визначенні відповідності апаратури критерію В є допустимий час відновлення функціональних характеристик після впливу завад. Це актуально, наприклад, коли мова йде про цифрову апаратуру, вплив ЕМЗ на яку приводить до перезавантаження.
Критерій С
Аналогічний критерію В, але, на відміну від нього, допускає втручання персоналу для відновлення працездатності апаратури (наприклад, перезавантаження цифрової системи, яка "зависла", повторного набору номера і т. п.). Зазвичай використовується для апаратури, не призначеної для виконання відповідальних задач.
Критерій D
Фізичне ушкодження апаратури під дією завади. По зрозумілих причинах, цей критерій не може використовуватися для формулювання вимог до стійкості апаратури.
Незважаючи на високий рівень формалізації, застосування цих критеріїв часто вимагає додаткової інформації. Така конкретизація зазвичай виконується в стандартах на види продукції, технічних умовах і програмах іспитів.
1.3 Основні джерела ЕМЗ
В цьому розділі розглянуті основні джерела ЕМЗ, здатні являти собою загрозу для електронної апаратури або працівників офісу. Деякі з них характерні лише для офісів, які знаходяться поряд з об'єктами з високою енергооснащеністю (енергетика, транспорт, важка промисловість і т.п.), інші ж можуть виявитися в будь-якому місці, як-то офіси, машинні зали ЕОМ або житлові приміщення.
1.3.1 Аварійні потенціали на елементах заземлювального пристрою
Насамперед, розглянути поняття заземлення та його функції [2]. Заземлення ( навмисне електричне з'єднання елементів схем, корпусів апаратури, екранів кабелів та інших провідникових елементів з точкою, потенціал якої приймається за опорний (нульовий). Зазвичай за таку точку приймається фізична земля.
Заземлення забезпечує виконання двох основних задач. По-перше, воно слугує для забезпечення електробезпечності. Дійсно, хороший електричний зв'язок на низькій частоті між усіма наявними на об'єкті провідними конструкціями, до яких може доторкатися людині, забезпечує вирівнювання їхнього потенціалу. В результаті різниця потенціалів між будь-якими доступними точками дотику суттєво знижується.
У випадку короткого замикання фази на землю по колах заземлення можуть протікати дуже великі струми. Оскільки елементи системи заземлення мають деякий опір (активний і реактивний), то, за законом Ома, на них можуть створюватися значні потенціали, що представляють небезпеку для людини. Але й у цьому випадку заземлення усе-таки виконує свою захисну функцію: протікання великого струму "нульової послідовності" змушує спрацювати систему захисту (у найпростішому випадку ( звичайний запобіжник). Існують чіткі обмеження на час спрацьовування захисних пристроїв (зазвичай – частки секунди).
Другою задачею заземлення є завдання єдиного опорного потенціалу для всіх елементів електричного чи електронного устаткування.
Як приклад можна розглянути два електронних пристрої, розташованих у різних приміщеннях одного будинку (рис. 1.3). Нехай між ними проходять кола обміну інформацією (як, наприклад, в локальній обчислювальній мережі). Якщо корпус одного з пристроїв отримує високий потенціал (в результаті, наприклад, електростатичного розряду), то цей потенціал виявляється прикладеним до інтерфейсних елементів зв'язку між пристроями. Це може викликати появу завад або навіть фізичне ушкодження інтерфейсних елементів. При заземленні обох пристроїв відбувається дуже швидке вирівнювання потенціалу, і як результат, знижується ймовірність фізичного ушкодження інтерфейсних елементів (хоча поява короткочасних завад при електростатичному розряді виключити як і раніше не можна).
Рисунок 1.3 ( Вирівнювання потенціалів при електростатичному розряді.
U, Z ( відповідно напруга й еквівалентний внутрішній опір
джерела електростатичного розряду (ЕСР).
Іноді заземлення використовують для організації кола повернення струму до джерела. Деякі силові й інформаційні кола будуються по так званій несиметричній схемі, коли від джерела до приймача йде лише один провід, а зворотним проводом є земля. При цьому досягається деяка економія, однак такий підхід часто знижує завадостійкість системи і призводить до виникнення паразитних перехресних зв'язків через загальний для різних кіл опір заземлення.
При оцінці небезпеки аварійних потенціалів необхідно враховувати таке явище, як винос потенціалу. Його суть полягає в поширенні високого потенціалу по екранах кабелів, трубопроводам і т. і. далеко від місця короткого замикання.
Наприклад, нехай заземлення екранів кабелів, як і зв'язують два об'єкти А і Б, здійснюється з боку об'єкта А. Тоді з появою аварійного потенціалу на об'єкті А можливий винос потенціалу на об'єкт Б по екранах кабелів.
Аварійні потенціали впливають на апаратуру як низькочастотні кондуктивні завади по інформаційним колам і колам електроживлення (найчастіше за схемою "провід ( провід"). Оскільки частота 50 Гц дуже низька порівняно з робочими частотами практично будь-якої сучасної інформаційної апаратури, основну загрозу складає фізичне руйнування елементів апаратури, а також самих кабелів (критерій якості функціонування D відповідно до класифікації п.1.2). Іноді вбудовані схеми моніторингу електроживлення розпізнають аварійні потенціали як відмову і відключають або перезавантажують апаратуру (критерій якості функціонування ( В чи С).
На жаль, поки немає єдиної стандартизованої процедури випробувань, що моделює вплив аварійних потенціалів на працюючу апаратуру. Застосовувані зазвичай стандартні виміри опору ізоляції не можна вважати цілком задовільними, оскільки, по-перше, вони проводяться лише для відключеної апаратури і, у других, тільки за схемою "провід-земля".
1.3.2 Електромагнітні завади, які створюються електропроводкою
1.3.2.1 Низькочастотні збудження напруги живлення в електропроводці
Першим розглянемо вплив різких коливань навантаження на інших споживачів. Умовна схема мережі електроживлення із споживачами зображена на рис. 1.4.
Рисунок 1.4 ( Вплив різкої зміни навантаження на інших споживачів
На рис. 1.4 споживачі Z1…Zn живляться від джерела з ЕРС е і внутрішнім опором Zвн. Вочевидь, що включення, наприклад, першого джерела призведе до зменшення напруги живлення U на величину ΔU=I1Zвн за рахунок збільшення падіння напруги на внутрішньому опорі джерела. При наявності в мережі великої кількості потужних споживачів, які часто комутируються, (наприклад, нагрівальних пристроїв з терморегуляторами), будуть відбуватися постійні коливання напруги мережі живлення (так званий флікер ( flicker).
Позаштатні режими роботи енергосистем хоч і мають місце рідше за зміни навантаження, але суттєво впливають на рівень завад в мережі електроживлення. Так внаслідок тих чи інших неполадок в роботі енергосистеми параметри напруги живлення (у першу чергу її діючого значення) можуть значно відрізнятися від номінальних. Короткі замикання та інші аварії можуть призводити до повного зникнення напруги живлення тривалістю від десятків мілісекунд до декількох годин. В деяких випадках можуть виникати короткочасні перенапруги, коли протягом декількох періодів напруга живлення в 1,5…2 рази перевищує номінальне значення.
Наступним фактором впливу є нелінійні елементи в мережах електроживлення, наявність яких здатна значно спотворити форми кривих струму і напруги. До таких елементів відносяться осердя трансформаторів, які працюють у режимі, близькому до насичення, імпульсні блоки живлення апаратури, силові напівпровідникові перетворювачі і т. і. Потрібно враховувати, що спотворення форми кривої струму відбивається на формі кривої напруги за рахунок внутрішнього опору джерела. Зазвичай для аналізу внесених спотворень використовують апарат гармонічного аналізу. При цьому основним параметром є коефіцієнт гармонічних спотворень, який визначається як відношення середнього квадратичного значення гармонік, починаючи з другої (зазвичай до 9…50-ї), до діючого значення першої гармоніки. Найбільший внесок спотворень вносять непарні гармоніки низьких порядків (третя, п'ята і сьома). Це пояснюється тим, що більшість нелінійних елементів має вольт-амперну характеристику симетричну відносно початку координат.
Вплив зазначених факторів на апаратуру виявляється як вплив низькочастотних кондуктивних завад по колам електроживлення. Фізичне ушкодження апаратури (критерій D відповідно до класифікації п.1.2) зазвичай з'являється лише у випадку значних перенапруг. Більшість сучасних пристроїв має блоки живлення, які забезпечують нормальне функціонування в широкому діапазоні вхідної напруги. Тому для них істотну загрозу становлять лише тривалі переривання електроживлення. Найбільш надійним захисним засобом в цьому випадку є застосування джерела або системи безперервного живлення (ДБЖ ( Uninterruptable Power Supply, UPS).
1.3.2.2 Електромагнітні поля електротехнічного устаткування
Насамперед, необхідно виділити джерела магнітного поля промислової частоти 50 Гц (МП ПЧ), тим більше, що за останні роки число їх значне збільшилося. Це пояснюється, з одного боку, значним збільшенням кількості й одиничної потужності електричного й електронного устаткування, що використовується у виробничих і побутових умовах, а з іншого боку, організаційно-технічними недоліками у проектуванні, монтажі й експлуатації розподільних мереж 0,4 кВ у будинках промислового і цивільного призначення в нашій країні. Відомо, що магнітне поле в навколишнім просторі створюється провідниками зі струмом. Таким чином, причина появи МП ПЧ поблизу силових трансформаторів, електродвигунів очевидна. Більш складна ситуація із системою кабельних ліній будинку. З появою в кабельній лінії струму витоку виникаючий дисбаланс, тобто нерівність нулю сумарного струму по кабельній лінії, створює в навколишнім просторі магнітне поле, що повільно зменшується зі збільшенням відстані від розглянутого кабелю.
Крім того, наявність струмів витоку в системі електропостачання будинку призводить до протікання струмів по металоконструкціях і трубопровідних системах, що також є причиною збільшення рівнів МП ПЧ. Діаграми на рис. 1.5 ілюструють результати аналізу фахівцями Центру Електромагнітної Безпеки характеристик джерел МП ПЧ, зроблені на основі вимірювань у період 1998-2001 р. [6].
Рисунок 1.5 ( Розподіл джерел по типах від загального числа обстежених приміщень
Як видно з рисунку 1.5 найбільший внесок в електромагнітну обстановку звичайних приміщень в діапазоні промислової частоти 50 Гц вносить електротехнічне устаткування будівлі, а саме кабельні лінії, що підводять електрику до всіх помешкань та інших споживачів системи життєзабезпечення будівлі, а також розподільні щити і трансформатори. У приміщеннях, суміжних з цими джерелами, зазвичай підвищений рівень магнітного поля промислової частоти, обумовлений електрострумом, який протікає у провіднику. Рівень електричного поля промислової частоти при цьому не високий і не перевищує допустимих рівнів для населення 500 В/м [7,8].
Приклади розподілу в приміщеннях магнітного поля промислової частоти від різноманітного електротехнічного устаткування наведені на рис. 1.6-1.8 [9]. Зона з безпечним для здоров'я людини рівнем магнітного поля знаходиться там, де щільність магнітного потоку не перевищує 0.2 мкТл (нижня сіра зона).
Рисунок 1.6 ( Магнітне поле розподільного пункту електроживлення, який знаходиться в суміжному нежилому приміщенні; В ( щільність магнітного потоку
Рисунок 1.7 ( Магнітне поле кабельної лінії, яка проходить у під'їзді по зовнішній стіні кімнати
Рисунок 1.8 ( Магнітного поле загального силового кабелю під'їзду
Електромагнітне поле промислової частоти впливає не тільки на людину, а й на обладнання, зокрема, на відеомонітори ПЕОМ. сконструйовані на основі електронно-променевої трубки (ЕПТ). Фактично, вони можуть слугувати своєрідним індикатором підвищеного рівня МП ПЧ у приміщенні. Якщо величина щільності магнітного потоку B зовнішнього МП ПЧ перевищує значення 0.9(1.1 мкТл для дисплеїв з діагоналлю екрана 15 дюймів і 0.4(0.6 мкТл для 19-ти дюймових моделей, на екранах відеомоніторів виникає помітний для ока ефект просторової нестабільності зображення ("тремтіння" по амплітуді, рис. 1.9). Це явище властиве всім дисплеям з ЕПТ незалежно від виробника і року випуску. Воно зникає після переміщення відеомонітора в зону з рівнем МП ПЧ нижче вищенаведеного граничного. Ефект виникає унаслідок впливу магнітної складової зовнішнього ЕМП промислової частоти 50 Гц (ЕМП ПЧ) на систему відхилення променя у відеомоніторі.
Рисунок 1.9 ( Приклад просторового тремтіння зображення на моніторі з ЕПТ
Виходячи з норм СанПиН 2.2.2.542-96 [10], гранично припустиме значення щільності магнітного потоку В МП ПЧ, створюваного комп'ютером на робочому місці користувача, не повинне перевищувати 0,25 мкТл у діапазоні частот 5(2000 Гц, тобто наявність "тремтіння" зображення відеомонітора свідчить про як мінімум 2(4-х кратне перевищенні вимог стандарту. На рис. 1.10 наведено типовий випадок розподілу щільності магнітного потоку в приміщенні з постійними робочими місцями користувачів комп'ютерів з відеомоніторами на ЕПТ. На дисплеях робочих місць №№ 1 і 2 зафіксоване суттєве спотворення зображення. Джерелом МП ПЧ у даному випадку є силовий трансформатор (10кВ/0.4кВ потужністю 630 кВ·А), який знаходиться в суміжному приміщенні, установлений на відстані 0.8 м від стіни.
Рисунок 1.10 ( Приклад розподілу щільності потоку магнітної індукції у приміщенні з комп'ютеризованими робочими місцями
1.3.3 Джерела і характеристики електромагнітних полів на робочому місці з ПЕОМ
Під робочим місцем з персональною електронно-обчислювальною машиною в контексті даної роботи розуміється відособлена ділянка загального робочого приміщення (кабінету, зали, цеху і т. і.), обладнана необхідним комплексом технічних засобів обчислювальної техніки, і в межах якого постійно або тимчасово перебуває користувач (оператор) ПЕОМ у процесі своєї діяльності [9,11].
На робочих місцях (РМ) з ПЕОМ можна виділити два види електромагнітних полів:
( поля, створювані власне ПЕОМ;
( поля, породжені іншими (сторонніми) джерелами навколо робочого місця.
Сучасна ПЕОМ створює навколо себе поля з широким частотним спектром і просторовим розподілом, такі як:
( електростатичне поле;
( електромагнітне поле у діапазоні від 20 Гц до 1000 МГц;
( змінні низькочастотні електричні поля;
( змінні низькочастотні магнітні поля.
Потенційно можливими шкідливими факторами можуть бути також:
( рентгенівське й ультрафіолетове випромінювання електронно-променевої трубки (ЕПТ) дисплея ПЕОМ;
( електромагнітне випромінювання радіочастотного діапазону;
( електромагнітне поле (електромагнітні поля, створювані сторонніми джерелами на робочому місці з комп'ютерною технікою).
Частотні діапазони електромагнітних завад окремих пристроїв ПЕОМ наведені в таблиці 1.1.
Таблиця 1.1 ( Частотні діапазони електромагнітних завад пристроїв ПЕОМ
Джерело
Діапазон частот
(перша гармоніка)
Монітор
мережний трансформатор блоку живлення
50 Гц
статичний перетворювач напруги в імпульсному блоці живлення
20…100 кГц
блок кадрової розгортки і синхронізації
48…160 Гц
блок рядкової розгортки і синхронізації
15…110 кГц
анодна прискорююча напруга монітора, (тільки для моніторів з ЕПТ)
0 Гц (електростатика)
Системний блок (процесор)
50 Гц…1000 МГц
Пристрою введення/виводу інформації
0 Гц, 50 Гц
Джерела безперервного живлення
50 Гц, 20…100 кГц
Слід зауважити, що рентгенівське та ультрафіолетове випромінювання відеодисплейних терміналів ВДТ можна назвати лише потенційно існуючими шкідливими факторами.
1.3.3.1 Електростатичне поле навколо ПЕОМ
Електростатичне поле виникає внаслідок наявності електростатичного потенціалу (прискорюючої напруги) на екрані ЕПТ. При цьому з'являється різниця потенціалів між екраном дисплея і користувачем ПЕОМ. Наявність електростатичного поля у просторі навколо ПЕОМ призводить, в тому числі й до того, що пил з повітря осідає на клавіатурі ПЕОМ і потім проникає в пори на пальцях, викликаючи захворювання шкіри рук.
Електростатичне поле навколо користувача ПЕОМ залежить не тільки від полів, створюваних дисплеєм, але також від різниці потенціалів між користувачем і навколишніми предметами. Ця різниця потенціалів виникає, коли заряджені частки накопичуються на тілі в результаті ходіння підлогою з килимовим покриттям, при терті матеріалів одягу і т. і.
1.3.3.2 Змінні електричні й магнітні поля, створювані ПЕОМ
Джерелами змінних електричних й магнітних полів, створюваних ПЕОМ, є вузли, в яких присутня висока змінна напруга, а також вузли, що працюють з великими струмами. Типові просторові розподіли змінного магнітного поля і змінного електричного поля навколо дисплея ПЕОМ зображені на рис. 1.11. і рис. 1.12, відповідно.
Рисунок 1.11 ( Розподіл магнітного поля навколо дисплея ПЕОМ
Рисунок 1.12 ( Розподіл електричного поля навколо дисплея ПЕОМ
По частотному спектру ці електромагнітні поля розділяються на дві групи:
( поля, створювані блоком електроживлення і блоком кадрової розгортки дисплея (основний енергетичний спектр цих полів зосереджений в діапазоні частот до 1 кГц);
( поля, створювані блоком рядкової розгортки і блоком електроживлення ПЕОМ (у випадку, якщо він імпульсний); основний енергетичний спектр цих полів зосереджений в діапазоні частот від 15 до 100 кГц.
Кондуктивні завади, які створюються блоком електроживлення, розглянуті в працях [12,13].
По енергетичному спектру зазначені групи полів чітко розділені. Цей факт успішно використовується при випробуваннях комп'ютерної техніки, коли при оцінці її якості вимірюють рівні полів, що створюються, в широкій смузі пропускання у двох різних частотних піддіапазонах: перший піддіапазон ( 5 Гц…2 кГц, другий піддіапазон ( 2 кГц… 400 кГц.
В таблиці 1.2 наведені діапазони значень електромагнітних полів, які були отримані при вимірюванні робочих місць з ПЕОМ [9].
Таблиця 1.2 ( Діапазони значень електромагнітних полів на
31.03.2013 23:03-
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора