Transcript elektromagnetna zračenja

1
ELEKTROMAGNETNA ZRAČENJA UREĐAJA ZA
PRENOS I DISTRIBUCIJU ELEKTRIČNE ENERGIJE
• Električna energija danas, osim za napajanje uredjaja u
domaćinstvu u mnogo većoj meri se koristi u industriji,
transportu, telekomunikacionoj tehnici itd..
• Dugo se smatralo da niskofrekventna polja nisu štetna za
ljudski organizam, ali višegodišnja ispitivanja govore
suprotno.
• Štetno dejstvo niskofrekventnog EM polja se ogleda u
štetnom dejstvu na centralni nervni sistem, kardiovaskularni sistem, krvnu sliku, pritisak, puls...
2
• Korišćenje električne energije zahteva njeno prenošenje od
izvora (generatora) do potrošača (prijemnika) pomoću
kablova, transformatora, dalekovoda;
• Veličine od značaja za prenos električne energije su:
• električna struja
• napon
• i frekvencija;
i preko njih jačina električnog i magnetnog polja,
• Električna struja i napon se značajno menjaju od generatora
do potrošača, a frekvencija ostaje konstantna – 50 Hz;
3
• Talasna dužina niskofrekventnih EM talasa industrijske
frekvence - 50 Hz:   c  6000 km
v
• S obzorom na veliku vrednost talasne dužine, analizira se
zona indukcije jer je uslov r  /2 uvek ispunjen.
• Zbog složenosti komponenata EM polja u ovoj zoni prvo se
vrše merenje ovih komponenata, a zatim se teorijski
analizaliziraju komponente na osnovu Maksvelovih
jednačina: E≠377H.
• Procena štetnog dejstva se vrši na osnovu apsorbovane
energije Wa: Wa  Wea  Wma
• Kako je apsorpciona moć čoveka mnogo veća za električno
polje nego za magnetno polje : Wea  Wma
Stoga je Wa  Wea .
4
• Štetno dejstvo EM polja se manifestuje na dva načina:
• preko potencijalne razlike koja uslovljava proticanje električne
struje;
• preko električnih pražnjenja koja nastaju u trenutku dodira
uzemljenih metanih konstrukcija dok se čovek nalazi u
električnom polju. Princip je isti kao kod električnog
pražnjenja, s tim što je u ovom slučaju u pitanju naizmenično
pražnjenje za frekvencije od 50Hz.
• Električno polje visokonaponskih postrojenja se određuje jednom
od navedenih veličina:
• potencijalom u odnosu na zemlju
• jačinom električnog polja u nekoj tački u prostoru
• jačinom električnog polja na površini čovekovog tela
• strujom koja protiče kroz čovekov organizam
• Sve ove veličine su uzajamno povezane i merenjem jedne mogu
da se odrede i ostale.
5
• Merenje i normiranje jačine električnog polja
• Radi normiranja i određivanja dozvoljenih vrednosti električnog
polja meri se jačina električnog polja;
• Stepen opasnosti u velikoj meri zavisi i od vremena provedenog
u el. polju;
• Blok šema instrumenta za merenje jačine el. polja na bazi
električne indukcije:
1.
2.
3.
4.
dipol antena;
pojačavač;
ispravljač sa pokaznim instrumentom [kV/m];
generator za kalibraciju instrumenta
• Merenje se vrši tako što se instrument
unese u polje i direktno očitava jačina
polja u kV/m.
6
• Dozvoljeno vreme rada i boravka u električnom polju:
dozvoljeno vreme boravka [min]
5
10
bez ograničenja
180
15
20
25
90
10
5
7
• Prema frekvenciji mogu da se podele na EM polja:
• Ekstremno niskih frekvencija (ELF) –0- do 3 kHz;
• Vrlo niske frekvencija (VLF)– od 3 do 30 kHz;
• Niske frekvence (LF) - od 30kHz do 300 kHz
• Srednjih frekvencija (MF)– od 300 kHz do 3 MHz
• Visokih frekvencija (HF) – od 3MHz do 30MHz
• Vrlo visokih frekvencija (VHF)- od 30MHz do 300MHz
• Ultravisokih frekvencija (UHF)– od 300 MHz do 3GHz
• Supervisokih frekvencija (SHF)– od 3GHz do 30GHz
• Ekstremno visokih frekvencija (EHF) - od 30GHz do 300GHz
8
ELEKTROMAGNETNA ZRAČENJA INDUKCIONIH I
DIELEKTRIČNIH PEĆI
• Peći za indukciono i dielektrično zagrevanje materijala –
korišćenje EM polja niskih, srednjih i visokih frekvencija (od
30kHz do 30MHz ) za termičku obradu metala, poluprovodnika,
dielektrika;
•
•
•
•
•
Indukcione peći
Za zagrevanje, topljenje, kaljenje metala...
Opseg frekvencija: 2 Hz – 500 kHz;
Opseg napona: 220V – 6000V;
Princip rada zasniva se na elektromagnetnoj indukciji:
• na principu rada transformatora – kanalne peći;
• stvaranju vrtložnih struja – tiganjske peći.
9
• Indukcione kanalne peći – elektromagnetna indukcija
transformatorskog principa;
• Primar transformatora – veliki broj namotaja, a sekundar –
mali broj namotaja (jedan do dva) od materijala koji se
obrađuje –topljenje ili zagrevanje;
, gde je n –prenosni odnos. Zbog velike
Np
Is  I p
 I pn
struje i malog otpora sekundara R,
Ns
oslobadja se velika
količina toplote
potrebna da zagrevanje
ili topljenje do odredjene
temperature: Q  I 2 Rt
s
10
• Indukcione tiganjske peći – stvaranje vrtložnih struja koje
•
•
•
•
•
se indukuju u promenljivom magnetnom polju;
Ove peći imaju samo primarni namotaj kroz koji teče
naizmenična struja (kao primar transformatora), a materijal
koji se termički obrađuje koristi se kao jezgro
transformatora;
Kada se masivan blok metala nađe u promenljivom
magnetnom polju stvaraju se struje koje se kreću u
različitim pravcima – vrtložne ili Fukoove stuje;
Najčešće su neželjena posledica promenljivog magnetnog
polja i predstavljaju gubitke električne energije, osim kod
ovakvih peći gde se ova pojava korisno primenjuje.
Električna polja pored indukcionih peći: (150-1000)V/m a,
magnetna polja: (40-50)A/m;
Dozvoljene vrednosti ovih polja su – 20V/m i 5A/m.
11
• Dielektrične peći
• Za sušenje drveta, tekstila, životnih namirnica, zagrevanje i
lepljenje plastičnih masa, vulkanizaciju gume...
• Rade u opsegu visokih frekvencijama (3 – 30) MHz;
• Princip rada – kondenzator u kolu naizmenične struje →
izmedju ploča kondenzatora formira se električno polje u
koje se unosi materijal (dielektrik) koji se obradjuje.
12
• Naizmenični napon dovodi do proticanja struje kroz kondenzator
koja zavisi od njegove impedanse:
Z
R2 
1
C 2
• Svaki materijal ima svoje dielektrične osobine → dielektrični
gubici na kondenzatoru izražavaju se preko termogenog otpora
R materijala:
Q  I 2 Rt
• Dielektrične peći koriste baš ovaj efekat dielektričnih gubitaka
za obradu ili zagrevanje materijala.
• Jačina polja pored ovih peći iznosi: (30-50)V/m.
• Dozvoljena vrednost polja je: 20V/m
13
ELEKTROMAGNETNA ZRAČENJA ELEKTRONSKIH
UREĐAJA VISOKIH I ULTRAVISOKIH
FREKVENCIJA
• Uređaji za radio, televizijske i telefonske i druge prenose EM talasima se vrši prenošenje signala - govor, muzika, slike
itd...
• Opseg frekvenci : od 3MHz do 3GHz.
• Primopredajni sistem se sastoji od tri podsistema:
• predajnika,
• prenosnog medijuma (atmosfera, kablovi)
• i prijemnika;
14
• Predajni podsistem čine:
• predajnik koji proizvodi radio i tv signal odredjene snage,
frekvence i vrste modulacije;
• i predajne antene koja viskokofrekventni signal transformiše i
EM talase.
• Medijum prostiranja čini:
• slobodan prostor (vazduh)
• ili kanalisani medijum koji čine vodovi, kablovi, dalekovodi..
• Primopredajni sistem : Mi – mikrofon; Mo – modulator; P – pojačavač;
DM – demodulator; Z – zvučnik;
15
• Prijemni podsistem čine:
• prijemne antene – transformišu EM talase u odgovarajući eleketrični
napon ili struju ;
• i prijemnik koji reaguje zvučno, optički ili električno na radio ili tv
signal udaljenog predajnika podešenog na istu frekvencu kao
predajnik.
• Kod ovakvih sistema iskorišćena je osobina
visokofrekventnih EM talasa, da se prenose na velika
rastojanja uz male gubitke;
• Primopredajni sistem : Mi – mikrofon; Mo – modulator; P – pojačivač; DM
– demodulator; Z – zvučnik;
16
• Sastavni delovi primopredajnih uredjaja su: kalemovi, kablovi,
•
•
•
•
•
•
•
vodovi, elektronske cevi, kondenzatori jednom rečju različita
oscilatorna kola;
Intenzitet EM polja je najveći oko predajnog sistema (pojačavača
i antene) u čijoj blizini se obično nalaze radna mesta tehničara koji vrše
kontrolu i korekciju izlazne snage i modulacije predajnika.
U zavisnosti pd stepena zaštite koja je sprovedena, ova polja mogu da
dostignu različite intenzitete.
Jačina električnog polja kod neoklopljenih predajnih sistema – 500 V/m;
Jačina električnog polja kod oklopljenih predajnih sistema – (10-20) V/m;
Dozvoljene vrednosti su – (5-20)V/m;
Zbog složene geometrijske konfiguracije komponente polja se mogu
odrediti samo merenjem;
Zbog jakih polja koja proizvode, predajne antene se postavljaju:
• izvan naseljenih mesta;
• dalje od objekata gde borave ljudi.
17
• Merenje, analiza i normiranje EM polja visokih i
ultravisokih frekvencija
• Prilikom procenjivanja i normiranja štetnog dejstva EM zračenja
pre svega se vodi računa o radnom mestu i prostorijama u
neposrednoj blizini antena i predajnih sistema.
• Ove norme su privremenog karaktera i odnose se na jačine E i H
kojima radnik sme biti izložen, a da ne dodje do oštećenja usled
dejstva ovih polja.
• U zoni indukcije r  /2 , za merenje komponenata polja
potrebni su specijalni merni instrumenti, medjutim zbog visoke
frekevence ovih polja, zona indukcije nalazi se na vrlo malim
rastojanjima od predajnika, pa se radna mesta obično nalaze u zoni
zračenja r  2.
• Veza izmedju komponenata polja u zoni zračenja je jednostavna i
data je sa : E=377H.
18
• Dozvoljene vrednosti jačina polja za osmočasovno radno
vreme u zavisnosti od frekvencije zračenja:
f Hz
Jačina električnog polja E (V/m)
60kHz- 3MHz
50
3MHz- 30MHz
20
30MHz- 50MHz
10
50MHz- 300MHz
5
Jačina magnetnog polja H (A/m)
Od 60kHz- 1,5MHz
5
30MHz- 50MHz
0,3
19
• Blok šema selektivnog merača jačina polja:
1- dipol antena
2 - ram antena
3 – RC filter
4 –pojačavač
5 - Indikator
• Preko RC filtera definisanog propusnog opsega f1 - f2=Δf može
se podešavanjem izmeriti rezonantna frekvenca polja i preko nje
komponente jačina polja E i H.
• Biološko štetno dejstvo ovog opsega frekvenci zračenja:
poremećaji nervnog sistema, zamor, razdražljivost, nesanica,
glavobolja...
20
ELEKTROMAGNETNA ZRAČENJA ELEKTRONSKIH
UREĐAJA HIPERFREKVENCIJA
• Svi EM talasi čija je frekvenca iznad 0,3GHz, a λ<1m.
• Dele se na četiri područja:
Mikrotalasno područje
RT
IC
naziv
decimetarski
centimetarski
milimetarski
submilimetarski
λ (cm)
100 -10
10-1
1-0,1
0,1-001
3-30
30-300
>300
ν(GHz) 0,3-3
• Nalaze se u ospegu izmedju RT i IC zračenja, zbog čega
imaju neka svojsta slična radiotalasima a neka slična
infracrvenom zračenju...
21
• Neke od specifičnosti mikrotalasa:
• Slabo se apsorbuju u atmosferi, a dobro u biološkim
•
•
•
•
supstancama –izazivaju toplotne efekte slično IC zračenju;
Po osobinama ponašaju se slično svetlosnim talasima-mogu
se koncentrisati u uske snopve;
Prodiru kroz jonizovane slojeve atmosfere zbog čega se
mogu koristiti u radioastronomiji;
Atmosferske i industrijske smetnje na hiperfrekvencijama ne
postoje, što omogućava kvalitetan prenos informacija;
Molekuli mogu da apsorbuju i emituju zračenja u ovom
opsegu frekvenci interagujući sa EM poljem, pri čemu je
emisija i apsopcija energije kvantovana u skladu sa:
E  En  Em  hv
22
• Zbog niza specifičnih osobina imaju veliku primenu: u
meteorologiji, poljoprivredi, vazdušnom, kopnenom,
pomorskom saobraćaju... radiolokatori, radionavigatori,
uređaji za radiorelejne veze, za radio-astronomiju, u
medicini, geodeziji, u analizi strukture materijeradiospektrskopija...
• Princip rada se zasniva na osobini EM talasa da se reflektuju
od predmeta.
• Prema svojim specifičnostima i nameni mogu da se grupišu
na:
• Radare (radiolokatore)
• Telekomunikacione uređaje i prenosne sisteme
• Mikrotalasne uređaje u industriji i domaćinstvu
• Lasersku mikrotalasnu tehnologiju
23
• Radarski uređaj – kojim se pomoću EM talasa može odrediti
•
•
•
•
položaj objekta u vazduhu, na vodi ili zemlji.
Rade u ospegu: dm, cm, i mm talasnih dužina.
Primenjuju se: merenja u meteorologiji, poljoprivredi, nadzor
za kopneni, vazdušni, pomorski saobraćaj, navigaciji,
iznalaženje zone neveremena itd...
Rade na principu vremena odlaska i povretka reflektovanog
EM talasa i mogu odrediti rastojanje,
visinu ili oblik predmeta; l  1 ct
2
Sastoji od predajnika, emisione
antene, prijemne antene,
prijemnika i indikatora.
• 1 – predajnik; 2 – prijemnik; 3 – indikator; 4 – antena;
24
• Telekomunikacioni uređaji i prenosni sistemi – posebno
•
•
•
•
primenu u telekomunikaciji – mirkotalasne antene, linkovi,
mobilni telefoni, mobilna sltelitska komunikacija, itd...
KOLIKO SU OPASNI MOBILNI TELEFONI?
Istraživanje Svetske zdravstvene organizacije prilikom kojeg je
na uzorku od 7000 ljudi ustanovljeno da je među osobama
oboljelim od moždanog tumora bio značajno veliki udeo
strastvenih korisnika mobilnih telefona.
Ovo je bio i povod za brojne polemike i verovanja, da su
rezultati ovog istraživanja posledica nepotpunosti metodologije
samog procesa.
Međunarodna agencija za ispitivanje malignih bolesti ove
rezultate klasifikovala u moguće, ali ne direktne uzroke tumora.
26
• Vrednost SAR – Specific Absorption Rate je merna jedinica
•
•
•
•
izloženosti zračenju kada je ono najveće, a obaveza proizvođača
je da je objavi na svakom uređaju.
Da bi se odredila SAR vrednost u skladu sa evropskim
standardima koristi se model posude napunjene tečnošću sa
provodljivošću ekvivalentnom onoj kod ljudskog tkiva u kojoj
jedna pokretna sonda ustanovljava gdje je uticaj zračenja
najveći.
Ispitivanje se vrši na uzorku od deset grama, a dozvoljena
granična vrijednost je 2W/kg ili 2mW /g.
Rezultati se odnose na maksimalne vrednosti, međutim, kod
upotrebe mobilnih uređaja gotovo nikada se ne dešava da je ona
maksimalna.
Korisnicima mobilnih uređaja se svakako savetuje da prilikom
kupovine određenog uređaja obrate pažnju na faktor zračenja –
SAR i odaberu proizvod kod kojih je ova vrednost manja.
27
28
• Mikrotalasni uređaji u industriji i domaćinstvu
• U industriji – mikrotalasni uredjaji za kontrolu proizvoda, obradu
materijala.
• U domaćinstvu mirkotalasne rerne - za razliku od klasičnih, mikrotalasne
rerne zagrevaju i spoljne i dublje slojeve hrane istovremeno, ali ne istom
brzinom.
• Mikrotalasna peć radi na principu dielektričkog zagrevanja. - polarni
molekuli, poput vode, nastoje da se orijentišu u pravcu lokalnog
električnog polјa i ako električno polјe osciluje, molekuli će ga slediti.
Preuzimajući energiju od promenlјivog električnog polјa i predaju je
okolini preko unutrašnjeg trenja u tečnosti što rezultuje povišenjem
temperature → energiju mikrotalasa mogu da apsorbuju samo polarni
molekuli. Nepolarni ili slabo polarni molekuli (ulјe), ne doprinose aktivno
u procesu kuvanja. Zato se namirnice u kojima nema vode ne mogu kuvati
u mikrotalasnoj peći.
• Ne preporučuje se biti u neposrednoj blizini pećnice dok je uključena, jer
je elektromagnetno polje, koje se stvara, nekoliko miliona puta jače od
našeg prirodnog elektromagnetnog polja.
• Pri dužoj izloženosti mogu se javiti teški simptomi poput vrtoglavice,
mučnine, razdražljivosti, nesanice i smušenosti.
• O principima rada lasera biće više reči u narednom poglavlju.
29
• Merenje, analiza i normiranje EM polja hiper frekvencija
• Vrši se kontrola intenziteta zračenja proračunavanjem ili
merenjem.
• Zbog visoke frekvencije – izloženost EM polja je u zoni
zračenja (E=377H) – meri se jedna komponenta polja, a
druga se može izračunati;
• Analiza i normiranje vrši se na osnovu gustine zračenja energije po jedinici površine u jedinici vremena (Pointingov
Pzr
I

vektor) –odnosno intenziteta: zr S
2
• Prvo se određuje efektivna površina etalon antene:
S ef 
G
4
gde je G – koeficijent slabljenja antene –koji se dobija iz
tehničkih podataka za antenu i merni intrument, a  –
talasna dužina EM talasa;
• Nakon merenja snage zračenja izračunava se intenzitet: I zr

Pzr
S ef
30
• Šema za merenje intenziteta zračenja:
1 – etalon antena;
2 – atenuator;
3 – termistor;
4 – indikator;
5 – izvor za napajanje;
• Uzimajući u obzir slabljenje koje se pojavljuje od antene do
mernog instrumenta, stvarna vrednost intenziteta je: I  k P
S
• Ozračenost ljudskog organizma izračunava se iz:
Wozr  I zr Tek gde je T – vreme ekspozicije, a W – energija
ek
ozr
kojom je opterećena jedinica površine tokom vremena
ekspozicije.
zr
zr
ef
• Dozvoljene vrednosti Wozr :
• ceo radni dan – 10 W/cm2
• 2h – 0,1 mW/cm2
• (15-20) min – 1 mW/cm2.
31
ZAŠTITA OD EM ZRAČENJA
• Brz razvoj tehnologije povlači sa sobom sve veću upotrebu
uredjaja koji emituju EM zračenja.
• U toku veoma kratkog vremenskog perioda obavljeno niz
opsežnih istraživanja o štetnim dejstvima ove vrste zračenja,
koja još uvek nisu potpuna.
• U skadu sa kriterijumima važećih standarda uvode i
primenjuju se odgovarajuće mere zaštite koje obuhvataju:
• medicinske (zdrvstveni pregledi);
• administrativno-obrazovne (donošenje pravilnika,
obrazovanje);
• organizacionih mera (smanjenje vremena ekspozicije)
• i tehničko-tehnološke.
32
• Medicinske mere se odnose pre svega na lica koja rade u
poljima EM zračenja i obuhvataju:
• Prve zdravstvene preglede - koji se obavalju pre stupanja u
rad na uredjajima koji su izvor EM polja, pri kojima se vrši
selekcija lica koja su podobna za rad na ovakvim uredjajima.
• Periodične zdravstvene preglede - obavezna za službena lica,
na 12 ili 24 meseci.
• Vanredne zdravstvene pregede - na zahtev pacijenata ili samih
lekara.
• Administrativno-obrazovne – odnose se na donošenje
pravilnika, propisa i standarda koji regulišu bezbedan rad sa
izvorima EM zračenja.
33
• Organizacione mere – preventivne mere zaštite kao što je
smanjenje vremena ekspozicije, organizovanje prve pomoći...
• Tehničko-tehnološke - pre svega predstavljaju preventivne
mere zašitite i svode se na:
• Izbor generatora i povećanje rastojanja od izvora do
•
•
•
•
izloženog lica
Oklapanje uredjaja ili pojedinih njegovih komponenata
Zaklanjanje radnih mesta koja se nalaze u polju zračenja
Lična zaštitna sredstva
Vreme ekspozicije
34
• Izbor generatora i povećanje rastojanja od izvora do izloženog
lica - vrši se izbor uredjaja sa što manjim zračenjem a koji
ispunjava tehničke zahteve.
• Ako to nije moguće, koristi se faktor rastojanja - udaljavanje od
izvora zračenja u skladu sa dozvoljenim vrednostima.
• Faktor rastojanja - zasnovan na jednačinama koje definišu
komponente polja u funkciji rastojanja:
1 1 1
E , H , I zr  
f ( , 2 , 3)
r r r
35
• Oklapanje ili hermatizacija - u zavisnosti od snage, oblika i
•
•
•
•
•
•
veličine izvora mogu se oklapati delovi izvora kao što su LC kola
ili kompletni uredjaji.
Sredstva za oklapanje izradjuju se od metala – čelika,
aluminujuma, bakra – materijala koji imaju izraženu apsorbcionu
moć EM zračenja.
Zaklanjanje ili ekranizacija radnih mesta koja se nalaze
u polju zračenja – obavlja se u slučajevima kada nije moguće
oklapanje uredjaja.
Ekrani mogu biti:
Refleksioni – od metalni materijala
Apsorpcioni – od morskih trava
prožetih koloidnim rastvorom –
koje se nanose na metalnu podlogu.
Ekrani mogu biti otvorenog i
zatvorenog tipa.
36
•
Primer ekranizacije izvora EM zračenja
37
• Lična zaštitna sredstva – koriste se u slučajevima poravki i
nadozora u prostoru u kojem je zračenje iznad dozvoljenih
vrednosti. Izradjuju se od materijala koji reflektuju zračenja –
tkanine protkane metalnim nitima (bakar, aluminijum, mesing,
itd...) ili metalzirani plastični materijali.
• Vreme ekspozicije Tek– primljena doza zračenja direktno zavisi
od vremena provedenog u polju zračenja – proračunima
komponenata polja i vremena ekspozicije postavljaju se uslovi
(normativi) za bezbedan rad u zonama zračenja.
38
USVOJENI PRAVILNICI IZ OBLASTI NEJONIZUJUĆIH
ZRAČENJA
Na osnovu Zakona o zaštiti od nejonizujućih zračenja ("Službeni glasnik
RS", br. 36/09) Ministarstvo životne sredine i prostornog planiranja donelo
je, krajem 2009. godine, šest novih podzakonskih akata- pravilnika, koji
detaljnije regulišu ovu oblast ("Službeni glasnik RS", br. 104/09).
Usvajanjem ovih Pravilnika zaokružena je postojeća regulativa u oblasti
zaštite od nejonizujućih zračenja, pri čemu su jasno definisana prava i
obaveze korisnika izvora nejonizujućeg zračenja od posebnog interesa,
definisani granični nivoi, razređene procedure, uspostavljene metode
ispitivanja i sistematskog ispitivanja.
http://www.kombeg.org.rs/aktivnosti/c_tehno/Detaljnije.a
spx?veza=1224
Standardi eropske unije: http://www.icnirp.org/
39