Содержание к диссертации
Введение
1. Литературный обзор 8
1.1 Электромагнитное загрязнение. Общие определения 8
1.2 Естественное МП. Основные параметры 8
1.2.1 Вариации естественного МП 9
1.3 Техногенное МП. Основные источники 11
1.3.1 Частотные диапазоны ЭМП 11
1.3.2 Воздействие ЭМП на организм человека 12
1.3.3 Нормирование ЭМП 13
1.4 Магнитное поле, создаваемое транспортными средствами. Основные характеристики 18
1.4.1 Измерения МП на транспорте ; 18
1.5 Задачи диссертационного исследования 38
2. Теоретические основы для разработки методики оценки электромагнитных полей в городских транспортных средствах 39
2.1 Основные физические величины 39
2.2 Расчет индукции магнитного поля
2.2 Методы измерений 41
2.3 Приборное обеспечение 43
2.4 Выводы по главе 2 51
3. Экспериментальная оценка ЭМП в транспортной системе города 52
3.1 Измерения на УДС 52
3.2 Измерения в автобусах, оборудованных средствами телематики 53
3.3 Измерения в электромобилях 57
3.4 Измерения в троллейбусах 59
3.5 Методика оценки электромагнитных полей, как фактора потенциального негативного воздействия на окружающую среду на объектах транспорта 65
3.6 Выводы по главе 3 67
4 Снижение возможного негативного воздействия МП на здоровье человека 68
4.1 Способы снижения воздействия МП 68
4.1.1 Конструктивные 68
4.1.2 Компенсация 69
4.1.3 Экранирование
4.2 Лабораторный эксперимент по снижению транспортного МП с помощью магнитного экрана из аморфных магнитомягких сплавов на основе железа и кобальта 75
4.3 Выводы по главе 4 77
Основные выводы и рекомендации 78
Список использованных источников
- Техногенное МП. Основные источники
- Магнитное поле, создаваемое транспортными средствами. Основные характеристики
- Приборное обеспечение
- Лабораторный эксперимент по снижению транспортного МП с помощью магнитного экрана из аморфных магнитомягких сплавов на основе железа и кобальта
Введение к работе
Актуальность работы. Для снижения негативного воздействия транспортной системы крупных городов все большее распространение приобретает электрический привод транспортных средств (ТС). Например, правительством г. Москвы ведется планомерная работа по широкому использованию пассажирского и грузового электротранспорта на территориях повышенной экологической ответственности, а также транспортной техники, использующей альтернативные источники энергии, в том числе электрические.
Транспортные средства с электроприводом обладают следующими преимуществами:
отсутствие выбросов загрязняющих веществ при эксплуатации ТС;
меньший уровень шума;
высокая плавность хода с широким интервалом изменения частоты вращения;
возможность возврата энергии во время рекуперативного торможения.
На транспортных средствах и объектах транспортной инфраструктуры все большее применение находят средства телематики и специальное оборудование, предназначенные для повышения организации и безопасности дорожного движения, транспортного комфорта. В их числе: электронные устройства бортовой диагностики и управления, пассивные и активные средства шумо- и виброзащиты, системы навигации, оперативного доступа к информации и развлечений (интернет, мобильная связь, аудио- и видеоаппаратура), климаторегулирования, очистки воздуха, системы обеспечения безопасности (распознавание образов и использование лобового стекла в качестве дисплея для отображения информации, предотвращение столкновений и принудительное ограничение динамических качеств), защиты от несанкционированного доступа и др.
В этих условиях к обычным факторам негативного воздействия транспортной системы города на окружающую среду добавляется новый – электромагнитные излучения.
Цель и задачи исследования
Целью работы является разработка методики экспериментальной оценки параметров электромагнитных полей (ЭМП) на объектах транспорта.
Задачи диссертационного исследования
-
Выявить значимость ЭМП техногенного происхождения как фактора вредного воздействия на окружающую среду.
-
Теоретически обосновать принципы оценки ЭМП на городских транспортных средствах и объектах транспортной инфраструктуры.
-
Выявить и описать основные источники ЭМП на городских транспортных средствах.
-
Разработать методику экспериментальной оценки ЭМП на городских транспортных средствах и выявить закономерности изменения ЭМП.
-
Предложить метод снижения негативного воздействия транспортного магнитного поля (МП) на здоровье человека.
Объект исследования – подвижной состав транспортной системы города, а также улично-дорожная сеть (УДС).
Предмет исследований – изучение особенностей ЭМП на транспорте, их источников и распространения в транспортных средствах и на УДС.
Научная новизна
Выявлены и идентифицированы источники ЭМП в ТС.
Разработана методика измерения параметров ЭМП в троллейбусах, автобусах, электромобилях и на УДС.
Предложен метод, и оценена эффективность снижения транспортного магнитного поля.
Практическая ценность работы заключается в разработке методики оценки электромагнитной обстановки на транспортных средствах и возможности применения предложенных рекомендаций по снижению негативного воздействия МП на городском электротранспорте.
Апробация работы. Основные результаты исследований были обсуждены и одобрены на научно-технической конференции «Луканинские чтения. Пути решения энергоэкологических проблем в автотранспортном комплексе» (г. Москва, 2003 и 2005 гг.), Российской научно-технической конференции «Электромагнитная совместимость технических средств и электромагнитная безопасность» (г. Санкт-Петербург 2006 и 2008гг.), VII международном научно-практическом семинаре «Проблемы электромагнитной экологии в науке, технике и образовании» (г. Ульяновск, 2008 г.), на научно-технической конференции «4-ые Луканинские чтения. Решение энергоэкологических проблем в автотранспортном комплексе» (г.Москва, 2009г.), на международных научных конференциях по транспорту в Бразилии (г.Santos, 2002, 2003гг.).
Реализация результатов работы. Полученные результаты и разработанные методики используются в учебном процессе МАДИ, предложены к использованию ЗАО НПП «Транснавигация».
Публикации. По теме диссертации опубликованы 11 печатных работ, из которых 1 научная статья в рекомендованном ВАК РФ издании.
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов и рекомендаций и приложений. Текст диссертации изложен на 85 страницах, включая 26 рисунков, 12 таблиц и 19 приложений. Список литературы включает 57 наименований отечественных и зарубежных авторов.
Техногенное МП. Основные источники
МП искусственного происхождения можно условно разделить на статические и низкочастотные поля (обычными источниками этих полей являются линии электропередач, электротранспорт, бытовые электроприборы и компьютеры) и высокочастотные или радиочастотные поля (основными источниками этих полей являются радары, радиовещательные и телевизионные устройства, мобильные телефоны, базовые станции и другие устройства).
В отличие от ионизирующего излучения (например, гамма-излучения, испускаемого радиоактивными материалами, космического излучения, рентгеновских лучей), находящегося в коротковолновой части электромагнитного спектра, ЭМП радиочастотного диапазона не обладают способностью разрывать связи, которые удерживают молекулы между собой в живой клетке, и, следовательно, не способны ионизировать вещество. По этой причине ЭМП называют «неионизирующим излучением». 1.3.2 Воздействие ЭМП на организм человека
В организме человека всегда циркулируют электрические токи, которые играют существенную роль в функционировании организма. Все нервные сигналы передаются посредством электрических импульсов. Большинство биохимических реакций (начиная от реакций, протекающих при усвоении пищи, и заканчивая реакциями, связанными с мозговой активностью) связано с протеканием электрических процессов.
Влияние внешнего ЭМП на организм человека и составляющие его клетки в основном определяются частотой и интенсивностью ЭМП. Низкочастотные ЭМП проходят сквозь тело человека, не претерпевая значительного ослабления. Радиочастотные ЭМП поглощаются в тканях и проникают на малую глубину.
Низкочастотные электрические поля влияют на распределение электрических зарядов на поверхности тела человека и вызывают протекание в организме электрических токов, направленных к поверхности Земли.
Низкочастотные магнитные поля индуцируют циркуляцию электрических токов внутри организма. Величина этих индуцированных токов зависит от величины внешнего магнитного поля, частоты его изменения и размера контура, через который протекает ток. Большие токи могут стимулировать реакцию нервной и мышечной систем.
Радиочастотные поля проникают в биологические объекты на небольшие расстояния. Энергия этих полей поглощается и превращается в энергию движения молекул. Трение между молекулами, вызванное движением, приводит к выделению тепловой энергии и повышению температуры. Этот эффект индукционного нагревания используется как в домашнем хозяйстве (например, при разогреве пищи в микроволновых печах), так и в промышленности (например, сварка пластмассы или нагрев металлов). Уровни облучения населения радиочастотными полями в нормальных условиях ниже уровней, способных вызвать значимое нагревание.
Биологические эффекты — это измеримые отклики организмов или клеток на действие раздражителя или изменение условий окружающей среды.
Потенциальные эффекты воздействия ЭМП на здоровье человека являлись предметом научных исследований с конца XIX века и получили особое внимание в течение последних 30 лет.
В настоящее время существует большое количество данных о влиянии на живые организмы ЭМП различной интенсивности и частоты. Как правило, при общем облучении организма ответная реакция может быть зарегистрирована на всех уровнях: клеточном, системном и организменном. Однако в зависимости от интенсивности и режима воздействия в настоящее время выделены критические системы, и, прежде всего, нервная, иммунная, эндокринная и половая.
Национальные системы стандартов являются основой для реализации принципов обеспечения электромагнитной безопасности. Как правило, системы стандартов включают нормативы, ограничивающие уровни электромагнитных полей различных частотных диапазонов путем введения предельно допустимых уровней для различных условий облучения и различных контингентов людей.
В России система стандартов по электромагнитной безопасности складывалась из государственных стандартов (ГОСТ) и санитарных правил и норм (СанПиН). Это взаимосвязанные документы, являющиеся обязательными для исполнения на всей территории России. Государственные стандарты по нормированию допустимых уровней воздействия электромагнитных полей входят в группу Системы стандартов безопасности - комплекс стандартов, содержащих требования, нормы и правила, направленные на обеспечение безопасности, сохранение здоровья и работоспособности человека в процессе труда. Они являются наиболее общими документами и содержат: требования по видам соответствующих опасных и вредных факторов; предельно допустимые значения параметров и характеристик; общие подходы к методам контроля нормируемых параметров и методы защиты работающих.
Санитарные правила и нормы регламентируют гигиенические требования более подробно и в более конкретных случаях облучения, а так же содержат основные пункты, те же что и Государственные стандарты, однако излагают их более подробно. Как правило, санитарные нормы сопровождаются Методическими указаниями по проведению контроля электромагнитной обстановки и проведению защитных мероприятий. Ввод в действие санитарных правил осуществляет Министерство здравоохранения и социального развития РФ.
В зависимости от отношения подвергающегося воздействию ЭМП человека к источнику излучения в условиях производства в стандартах России различаются два вида воздействия: профессиональное и непрофессиональное. Для условий профессионального воздействия характерно многообразие режимов генерации и вариантов воздействия. В частности для облучения в ближней зоне обычно характерно сочетание общего и местного облучения. Для непрофессионального воздействия типичным является общее облучение. ПДУ для профессионального и непрофессионального воздействия различны.
Магнитное поле, создаваемое транспортными средствами. Основные характеристики
Измерения, выполненные в США [2] при наблюдении магнитной бури в 1978 году, показали, что мощным генератором УНЧ магнитных полей, регистрируемых повсюду в регионе бухты (100 км) является работающая на постоянном токе скоростная транспортная система в бухте Сан-Франциско (Bay Area Rapid Transit System) BART. Первичным источником служит токовая петля, образованная третьим рельсом, поездами BART, токоприемниками и подстанциями, дающими постоянный ток. Магнитное поле, измеренное в 100 м от железнодорожной колеи, имело преимущественно вертикальное направление и характеризовалось иррегулярными вариациями, однако можно было различить периодические всплески с частотами 0,002-0,003 Гц, которые хорошо соотносились с расписанием поездов. Авторы пришли к выводу, что BART увеличила амплитуды УНЧ магнитных полей на 2-3 порядка.
В Санкт-Петербурге для определения особенностей, динамики и распределения УНЧ магнитных полей в городе, сотрудниками СПбФИЗМИРАН был выполнен специальный мониторинг магнитных полей в окружающей среде в частотном диапазоне 0,001-10 Гц [7]. Измерения проводились в центральной части города в январе - феврале 1994 г. на расстоянии примерно 100 м от трамвайных путей и линии метро и показали, что техногенные магнитные поля в этом частотном диапазоне создаются, в основном, трамваями и поездами метро, работающими на постоянном токе. Оказалось, что максимальные амплитуды техногенных полей связаны с проходящими трамваями и наблюдаются в Z-составляющей. Наиболее заметные сигналы выглядят как пики в Z-компоненте в области частот 0,05-0,2 Гц с амплитудами, достигающими 1 мкТл. Эти пики появляются часто в виде серий продолжительностью 3-30 мин и выглядят как естественные пульсации, но с гораздо большей амплитудой. Например, они в 103-104 раза больше пульсаций, наблюдаемых во время умеренной геомагнитной активности (К = 3).
Второй тип наиболее заметных флуктуации, наблюдаемых в Z-составляющей, состоит из длительных периодов (200-800 с) повышенных амплитуд поля. Это колебания, схожие с естественными геомагнитными пульсациями (с частотами ниже 0,005 Гц), которые могут достигать значения 0,5 мкТл.
В целом транспортные УНЧ магнитные поля, зарегистрированные на расстоянии примерно 100 м от транспортных магистралей, на записях похожи на естественные магнитные поля во время геомагнитных возмущений. Амплитуды вариаций магнитного поля во время больших геомагнитных бурь, вызванных межпланетными возмущениями, могут достигать 0,4-0,5 мкТл на широте Санкт-Петербурга. Интенсивность транспортных магнитных полей уменьшается с увеличением расстояния от источников и достигает на расстояниях 50 -100 м такого же порядка величины, как и естественные вариации магнитного поля.
В обзоре [6] 2001 года приводятся результаты работ по измерениям магнитных полей от электротяги. Измерения проводились в поездах типа MAGLEV. Первоначально для измерения магнитных полей, в основном, использовались приборы, чувствительность которых лежала в относительно узкой полосе частот, центрированной либо на 50 (60) Гц, либо на другие специфические частоты (например, 16,67 Гц). С помощью этих приборов успешно измеряли синусоидальные магнитные поля от ЛЭП, промышленных и бытовых установок. Лишь в самом конце 1990-ых стали использовать усовершенствованные магнитометры типа Multiwave, с помощью которых обнаружили, что магнитные поля от электротяги значительно сложнее, чем поля вблизи ЛЭП. Они имеют сложный частотный спектр, весьма изменчивый во времени. Обычно основные частотные компоненты транспортных полей ниже 15 Гц. В вагонах высокоскоростной транспортной магистрали MAGLEVR07 около 80% изменений поля приходится на частотную область ниже 47,5 Гц.
Амплитуды полей значительно отличаются в разных частотных диапазонах в транспортных системах разных стран, они также меняются в зависимости от точки измерения. Измерения полей на частоте 16,67 Гц, выполненные на платформе непосредственно над контактным проводом, показали, что амплитуды магнитных полей составляют 10-20 мкТл во время прохождения поезда, работающего на переменном токе (Германия). Магнитные поля, измеренные в последнем вагоне поезда Amtrak в США, имеют амплитуды до 30 мкТл на частоте 60 Гц и до 65 мкТл на частоте 25 Гц. Измерения, выполненные в локомотивах Швейцарской железнодорожной системы, работающей на переменном токе с частотой 16,67 Гц, показали, что в современных локомотивах максимальные магнитные поля имеют интенсивность менее 200 мкТл, в более старых максимальные поля лежат в пределах 1640-6170 мкТл. В Швеции в локомотивах электропоездов (переменный ток 16,67 Гц) были зарегистрированы изменения магнитного поля от 0,5 мкТл до более чем 100 мкТл в диапазоне частот 10-1000 Гц. В Британии в электропоездах, работающих на постоянном токе, наблюдались статические магнитные поля в пределах 16-64 мкТл и вплоть до 15 мТл, переменные магнитные поля регистрировались в пределах 5-50 мкТл на частоте 50 Гц и вплоть до 15 мТл — на частоте 100 Гц вблизи оборудования.
Приборное обеспечение
Питание силовой цепи троллейбуса ЗиУ-682Б производится от контактных проводов с постоянным номинальным напряжением 550 В. Рабочие токи составляют 180...200 А, максимальный может достигать 450 А.
Нами было проведено две серии экспериментов по измерению МП в троллейбусах. В первой серии использовался квантовый магнитометр ММ-60. Троллейбус двигался по 12 маршруту от конечной остановки «Больница МПС» по Волоколамскому шоссе до станции метро Сокол, далее по Новопесчаной улице до разворота на Песчаной площади и обратно по улице Новопесчаной, Ленинградскому проспекту до троллейбусного парка №1. При этом на дороге было затрудненное движение. Из-за этого троллейбус двигался прерывисто, при постоянных разгонах и торможениях. Характер движения троллейбуса был максимально приближен к реальным условиям работы: остановка и открытие дверей на каждом остановочном пункте маршрута. Однако пассажиры не запускались. Измерения проводились через каждые 1-3 секунды, в зависимости от характера движения троллейбуса (при разгоне - чаще).
Первая серия состояла из двух циклов измерений: 12 и 26 ноября 2001 года. Измерения индукции магнитного поля проводились в пассажирском салоне и кабине водителя троллейбуса.
В первом цикле (12.11.2001 г.) в качестве точек измерения в салоне было выбрано положение над тяговым двигателем на различных высотах от пола троллейбуса (0,7; 1,2 и 1,8 м). В кабине водителя магнитное поле фиксировалось на уровне головы водителя (высота около 1,2 м) (рис. 18). Во втором цикле измерений (26.11.2001 г.) количество точек в салоне было увеличено до пяти. К описанным выше добавлены положения на задней площадке на высоте 1,2 м и на переднем пассажирском месте у кабины водителя на той же высоте от пола.
В процессе проведения эксперимента выявлены сильные вариации магнитного поля во всех исследуемых точках. Получены следующие значения магнитной индукции: Первая серия измерений: Точка 1 (над двигателем на высоте 0,7 м): Вср.=32,69 мкТл с изменениями от 10 до 90 мкТл; Точка 2 (над двигателем на высоте 1,2 м): Вср=34,21 мкТл, диапазон значений: 10 — 50 мкТл; Точка 3 (над двигателем на высоте 1,7 м): Вср=26,24 мкТл, диапазон значений: 15-42 мкТл; Точка 4 (в кабине водителя): Вср=47,78 мкТл с изменением от 22 до 67 мкТл. Вторая серия: Точка 1 Вер = 19,73 мкТл, диапазон значений 5,5 - 45,7 мкТл; Точка 2 Вер =16,1 мкТл, диапазон значений 0,7 - 30,31 мкТл; Точка 3 Вер = 8,27 мкТл, диапазон значений 5,11 - 37,38 мкТл; Точка 4 Вер = 38,0 мкТл, диапазон значений 20,43 - 63,64 мкТл; Точка 5 (на задней площадке на высоте 1,2 м от пола) Вер = 21,89 мкТл, диапазон значений 14,3 - 29,95 мкТл; Точка 6 (на месте переднего пассажира у кабины водителя) Вер = 28,14 мкТл, диапазон значений 4,15 — 45,03 мкТл.
Во втором эксперименте в качестве прибора для измерения МП в троллейбусе использовалась трехкомпонентная магнитометрическая система МВС-3. Эта система специально приспособлена для измерений на транспорте, она устойчива к вибрациям. В составе системы — портативный компьютер. МВС-3 принадлежит к классу торсионных магнитометрических инструментов, которые традиционно применялись для измерений естественного МП в магнитных обсерваториях. Троллейбус ЗиУ-682Б.Точки проведения измерений.
Данная магнитометрическая система модернизирована на основе современных технологий. Она позволяет проводить непрерывные измерения и характеризацию профиля МП по времени и частоте в трех компонентах.
Измерения проведены в Москве при движении троллейбуса по тому же маршруту.
Точки измерений были выбраны вблизи источников наибольших колебаний индукции МП: в кабине водителя, в салоне на переднем пассажирском сидении, над тяговым электродвигателем, над компрессором и на задней площадке на трех высотах от пола: 0,5 м, 1,0 м, 1,4 или 1,7 м согласно требованиям нормативных документов.
В каждой точке осуществлялось по 200 измерений в секунду каждой из трех компонент индукции магнитного поля в течение 3 минут. Построены графики модуля и проекций МП на три направления: вдоль скорости троллейбуса Х-компонента, поперек скорости Y-компонента, и вертикально вниз — Z-компонента. Рассчитаны максимальные, минимальные, средние значения проекций и модуля, а также среднеквадратичные отклонения и размах значений В. Результаты представлены в табл. 10. Вариации компонент индукции МП, а также динамические спектры мощностей колебаний см. приложения.
Перед проведением исследования МП внутри троллейбуса были записаны горизонтальные Вх, By и вертикальная Bz составляющие геомагнитного поля на улице около конечной остановки троллейбуса «Больница МПС» на Волоколамском шоссе. Среднее значение модуля вектора индукции МП оказалось равным: Вср=60,2±0,2 мкТл, а максимальный разброс: ДВ=Вмакс-Вмин=2 мкТл (табл.10 столбец Фон).
Лабораторный эксперимент по снижению транспортного МП с помощью магнитного экрана из аморфных магнитомягких сплавов на основе железа и кобальта
Компенсация предполагает создание МП с вектором индукции равным по значению и противоположно направленным относительно вариаций МП, создаваемых электрооборудованием троллейбуса. Для создания однородного магнитного поля в практике магнитометрических исследований применяются кольца Гельмгольца - два одинаковых круговых витка с током, расположенных на одной оси на расстоянии радиуса витка друг от друга. Протяженность однородного магнитного поля существенно зависит от размеров колец. Значительные технологические трудности возникают в случаях, когда необходимы кольца больших размеров. В некоторой мере избавиться от этих недостатков позволяют системы дипольных катушек, подобные системам из постоянных магнитов. Для использования в салоне троллейбуса может применяется именно такая система катушек.
Составляющая индукции магнитного поля отдельной дипольной катушки с координатами центра (xk, ук, zk) и осью параллельной оси ОХ равна [25]: Вхк = 2(x-xkf -(y-ykf -(z-zkf\, (6) где Мк - магнитный момент катушки, г, х, у, z - расстояние до точки наблюдения и ее координаты. Данная формула является приближенной, предназначена для расчета поля в зоне, удаленной от катушки на расстояние, превышающее геометрические размеры самой катушки.
Устройство для компенсации изменений магнитного поля должно состоять из следующих частей: 1. Дипольные катушки (2 соленоида). Магнитные моменты катушек ориентированы горизонтально. Соленоиды расположены под сиденьем на высоте 0,4 м от уровня пола, и над головой водителя троллейбуса на высоте 1,9 м. При этом предполагается, что голова водителя, сидящего на рабочем месте, находится на высоте 1,2 м, т.е. на расстоянии г = 0,8 м от центра каждой катушки. 2. Магнитометр феррозондовый однокомпонентный (БФМ), состоящий из блока электроники и блока датчика. 3. Блок компенсации вариаций магнитного поля (БКВ). 4. Блок питания (БП). Данный блок должен давать на выходе напряжение для питания БКВ ± 25 В, обеспечить при этом ток до 10 А, а так же напряжение для питания магнитометра.
Данное устройство, компенсируя вариации, создает относительно однородное магнитное поле с погрешностью 5% в объеме, ограниченном кубом со стороной 30 см. проведем расчет основных параметров для системы, призванной сгладить скачки поля в пределах ± 20 мкТл и горизонтальной составляющей магнитного поля Земли ±15 мкТл. То есть необходимо обеспечить воспроизведение поля в интервале ±35 мкТл. с. МФЭ БП ДФМ о п и У Рис. 22. Блок - схема устройства. ДФМ — датчик феррозондового магнитометра; МФЭ - Электронный блок феррозондового магнитометра; Сі, С2 — дипольные катушки; П - блок повторителя; И — блок интегратора; У — блок усилителя; БП - блок питания.
Если две катушки расположены симметрично от рабочей области, то каждая катушка должна создавать магнитное поле: В]кат=17,5 мкТл. Требуемый магнитный момент такой катушки найдем из формулы (6): М = 89,6 АмА . Выбираем катушку с числом витков п=500 и диаметром провода 2 мм. Намотка катушки осуществляется на каркас диаметром dj = 160 мм по 25 витков в каждом ряду, в 20 рядов. Внешний диаметр катушки d2 — 240 мм, а средний dcp = 200 мм = 0,2 м.
Для создания требуемого магнитного момента ток, текущий в соленоиде должен быть равен: т М л Scp п (8) Средняя площадь витков вычислена по формуле: Sc= —— \w2dr = Цгї + m + r,2)= 0,0327 Г2 - 1 „ M2 (9) где Г], г2 — радиусы внутреннего и внешнего витков катушки. Длина провода на катушке: L-ndcpn = 3l4M. (lQ) Удельное сопротивление 100 м медного провода заданного сечения равно 0,55 Ом, тогда сопротивление всего провода, намотанного на катушку: R = P- = U7 0M. (И) Допустимая норма нагрузки на медный провод - 2 А/мм2 сечения провода [18]. Для провода диаметром 2 мм (5=3,14 мм ) максимальный ток 6,3 А, что больше требуемых 5,6 А.
Таким образом, для компенсации изменения МП в пределах ±35 мкТл необходима установка как минимум двух дипольных катушек диаметром 240 мм и массой около 6 кг. В условиях ограниченного пространства в кабине водителя троллейбуса это затруднительно. Кроме того, необходимо подключение компенсационного устройства к бортовой сети троллейбуса, а, следовательно, согласования с заводом-изготовителем. В связи с возникающими сложностями, применение устройства для компенсации вариаций МП в троллейбусе невозможно. 4.1.3 Экранирование
Экранирование, как способ снижения амплитуды изменений МП, выглядит более перспективно. Физический принцип экранирования локального источника МП заключается в замыкании линий магнитной индукции. Таким образом, исключается проникновение МП наружу или внутрь замкнутого объема (рис. 23).
Электромагнитными экранами называются конструкции, предназначенные для снижения электромагнитных полей, создаваемых какими-либо источниками в некоторой области пространства, не содержащей этих источников [39]. Традиционно для защиты от электромагнитных излучений использовались материалы на основе кристаллических сплавов — листовых (сталь) и плитных (пермаллой). Толщина стального листа, обеспечивающего необходимую эффективность экранирования, составляет обычно более 3-х мм. Из-за неработоспособности экранов из обычных проводящих материалов при частотах менее 10 кГц необходимо их изготавливать из магнитомягких сплавов. Эффективность экранирования таких материалов значительно снижается вследствие механического воздействия - вибрации и деформации. Например, магнитные свойства пермаллоя марки 79НМ после деформации 10% падают почти в 18 раз [51].
В последнее время в качестве материалов для электромагнитной защиты наибольший интерес вызывают быстрозакаленные металлические сплавы - аморфные и нанокристаллические. Такие материалы обладают рядом уникальных свойств: магнитные, электрические, прочностные, коррозионные. Магнитные аморфные сплавы наряду с высокой механической прочностью 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. Эффективность экранирования характеризуется коэффициентом экранирования, определяемым как отношение величины магнитного поля в экранируемой области к величине поля при отсутствии экрана в той же точке пространства. Коэффициент экранирования (Кэкр) в случае цилиндрического экрана в первом приближении вычисляется следующим образом: Кэкр = и. (d/D), (12) где ц. — магнитная проницаемость материала экрана; d - толщина стенки экрана; D - диаметр цилиндрического экрана. Из приведенной формулы следует, что при одинаковых толщине и диаметре экрана максимальным экранированием будет обладать экран из материала, у которого магнитная проницаемость выше. Магнитная проницаемость аморфных магнитомягких сплавов в 10-15 раз выше, чем у сплавов с кристаллической структурой. Таблица 11. - Магнитные характеристики некоторых сплавов
