Меню

Методика проведения измерений электромагнитных полей



Методика проведения измерений электромагнитных полей

4.3. МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ. ФИЗИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ

Гигиеническая оценка электрических и магнитных полей промышленной частоты (50 Гц) в производственных условиях

Дата введения 2009-05-27

1. РАЗРАБОТАНЫ ГУ НИИ медицины труда РАМН (Ю.П.Пальцев, Н.Б.Рубцова, Л.В.Походзей); ООО «НТМ-Защита» (Г.В.Федорович, А.Л.Петрухин); ФГУЗ ФЦГиЭ Роспотребнадзора (А.В.Стерликов); Управлением Роспотребнадзора по Липецкой области (С.И.Савельев, С.В.Двоеглазова).

2. РЕКОМЕНДОВАНЫ К УТВЕРЖДЕНИЮ Комиссией по государственному санитарно-эпидемиологическому нормированию при Федеральной службе по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека (протокол от 25 декабря 2008 г. N 3).

3. УТВЕРЖДЕНЫ Руководителем Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека, Главным государственным санитарным врачом Российской Федерации Г.Г.Онищенко 28 февраля 2009 г.

4. ВВЕДЕНЫ В ДЕЙСТВИЕ с 27 мая 2009 г.

5. ВВЕДЕНЫ ВПЕРВЫЕ.

1. Общие положения

1. Общие положения

1.1. Область применения. Настоящие методические указания устанавливают порядок проведения гигиенической оценки электрического и магнитного поля промышленной частоты 50 Гц (ЭМП ПЧ) в производственных условиях по результатам инструментального контроля*.
________________
* При проектировании новых или реконструкции действующих объектов, являющихся источниками ЭМП ПЧ, используются расчетные методы.

1.2. Методические указания предназначены для использования специалистами организаций Роспотребнадзора и других организаций, аккредитованных в установленном порядке на проведение измерений ЭМП ПЧ на рабочих местах (РМ) в производственных условиях и их гигиеническую оценку (санитарно-эпидемиологическую экспертизу).

1.3. Объектами гигиенической оценки являются:

рабочие места персонала, профессионально связанного с обслуживанием и эксплуатацией систем производства, передачи и распределения электроэнергии переменного тока промышленной частоты 50 Гц, электросварочного оборудования, высоковольтного оборудования, промышленного, научного и медицинского назначения, силового судового оборудования, железнодорожного транспорта;

рабочие места персонала, профессионально не связанного с обслуживанием и эксплуатацией систем производства, передачи и распределения электроэнергии переменного тока промышленной частоты 50 Гц, но подвергающегося воздействию ЭМП ПЧ в процессе производственной деятельности.

2. Нормативные документы

2.1. Для лиц, профессионально связанных с обслуживанием и эксплуатацией источников ЭМП ПЧ:

СанПиН 2.2.4.1191-03 «Электромагнитные поля в производственных условиях»;

СанПиН 2.5.2/2.2.4.1989-06 «Электромагнитные поля на плавательных средствах и морских судах. Гигиенические требования безопасности».

2.2. Для лиц, профессионально не связанных с обслуживанием и эксплуатацией источников ЭМП ПЧ:

ГН 2.1.8/2.2.4.2262-07 «Предельно допустимые уровни магнитных полей с частотой 50 Гц в помещениях жилых, общественных зданий и на селитебных территориях»;

СанПиН 2.1.2.1002-00 «Санитарно-эпидемиологические требования к жилым зданиям и помещениям»;

СНиП N 2971-84 «Защита населения от воздействия электрического поля, создаваемого воздушными линиями электропередачи переменного тока промышленной частоты»;

СанПиН 2.5.2/2.2.4.1989-06 «Электромагнитные поля на плавательных средствах и морских судах. Гигиенические требования безопасности».

2.3. Нормативные документы на методы исследования ЭМП ПЧ:

МУ 3207-85 «Методические указания по гигиенической оценке основных параметров магнитных полей, создаваемых машинами контактной сварки переменным током частотой 50 Гц»;

ГОСТ 12.1.002-84 «ССБТ. Электрические поля промышленной частоты. Допустимые уровни напряженности и требования к проведению контроля на рабочих местах» возможно использовать лишь в той мере, в какой они не противоречат СанПиН 2.2.4.1191-03 и настоящему документу.

2.4. Инструментальный контроль должен осуществляться приборами, удовлетворяющими требованиям ГОСТ Р 51070-97 «Измерители напряженности электрического и магнитного полей. Общие технические требования и методы испытаний».

3. Требования к проведению инструментального контроля ЭМП ПЧ на рабочих местах

3.1. Контроль на рабочих местах должен осуществляться:

при приемке в эксплуатацию, изменении конструкции источников ЭМП ПЧ и технологического оборудования, их включающего;

при организации новых рабочих мест;

в порядке производственного контроля.

3.2. Измерения уровней ЭМП на рабочих местах должны осуществляться после выведения работника из зоны контроля.

3.3. Не допускается проведение измерений при наличии атмосферных осадков, а также при температуре и влажности воздуха, выходящих за предельные параметры средств измерений.

3.4. При проведении контроля за уровнями ЭМП ПЧ на РМ должны соблюдаться установленные требованиями безопасности при эксплуатации электроустановок предельно допустимые расстояния от оператора, проводящего измерения, и измерительного прибора до токоведущих частей, находящихся под напряжением. Должно быть выполнено защитное заземление всех изолированных от земли предметов, конструкций, частей оборудования, машин и механизмов, к которым возможно прикосновение работающих в зоне влияния ЭП. Необходимо исключить возможность воздействия электрических разрядов на персонал, с этой целью использовать приборы, в которых предусмотрена электрическая развязка между антенной и блоком индикации, например, путем соединения их с помощью волоконно-оптической линии связи.

3.5. Инструментальный контроль ЭМП частотой 50 Гц осуществляется раздельно для электрического поля (ЭП) и магнитного поля (МП).

3.6. Измерения напряженности ЭМП проводятся в точках, выбираемых согласно требованиям СанПиН 2.2.4.1191-03 к контролю ЭМП ПЧ и разработанному плану измерений. Контроль уровней ЭП и МП частотой 50 Гц должен осуществляться во всех зонах (контролируемых зонах, КЗ) возможного нахождения человека при выполнении им работ, связанных с эксплуатацией и ремонтом электроустановок.

3.7. Измерения напряженности ЭП и МП в каждой контролируемой зоне должны проводиться на высоте 0,5, 1,5 и 1,8 м от поверхности земли, пола помещения или площадки обслуживания оборудования и на расстоянии 0,5 м от оборудования и конструкций, стен зданий и сооружений.

3.8. На рабочих местах, расположенных на уровне земли и вне зоны действия экранирующих устройств, напряженность ЭП частотой 50 Гц допускается измерять только на высоте 1,8 м.

3.9. При расположении РМ над источником МП напряженность (индукция) МП должна измеряться на уровне земли, пола помещения, кабельного канала или лотка.

3.10. В каждой точке измерения проводятся не менее 3 раз. По ним вычисляется среднее значение для каждой высоты измерений. В качестве результата, определяющего поле в контролируемой зоне (КЗ), выбирается максимум из средних значений.

3.11. Измерения и расчет напряженности ЭП частотой 50 Гц должны производиться при наибольшем рабочем напряжении электроустановки или измеренные значения должны пересчитываться на это напряжение путем умножения измеренного значения на отношение , где — наибольшее рабочее напряжение электроустановки, — напряжение электроустановки при измерениях.

3.12. Измерения и расчет напряженности (индукции) МП частотой 50 Гц должны производиться при максимальном рабочем токе электроустановки, или измеренные значения должны пересчитываться на максимальный рабочий ток путем умножения измеренных значений на отношение , где — ток электроустановки при измерениях.

3.13. В электроустановках с однофазными источниками ЭМП контролируются действующие (эффективные) значения ЭП и МП и , где и — амплитудные значения изменения во времени напряженностей ЭП и МП.

3.14. В электроустановках с двух- и более фазными источниками ЭМП контролируются действующие (эффективные) значения напряженностей и , где и — действующие значения напряженностей по большей полуоси эллипса или эллипсоида.

3.15. При проведении измерений следует исключить источники дополнительной погрешности, которыми могут являться:

отклонения в выборе точек измерения;

колебания датчика в пространстве при измерении;

неверное расположение направленной (дипольной) антенны;

недостаточное время для установления показаний СИ;

наличие в зоне измерения между объектом и датчиком СИ посторонних предметов, особенно металлических, а также людей;

неверный учет режима работы оборудования;

использование СИ за пределами возможностей, указанных в спецификации прибора;

наличие других источников электрических и магнитных полей, способных повлиять на регистрируемые показатели;

Читайте также:  Как измерить количество сухого корма

искажение ЭП, обусловленное влиянием оператора, производящего измерения.

4. Требования к средствам измерения ЭМП ПЧ

4.1. Инструментальный контроль должен осуществляться приборами, прошедшими государственную аттестацию и имеющими свидетельство о поверке. Пределы основной погрешности измерения должны соответствовать требованиям, установленным действующим нормативным документом (ГОСТ Р 51070-97 «Измерители напряженности электрического и магнитного полей. Общие технические требования и методы испытаний»).

4.2. Средства измерения ЭМП ПЧ, должны обеспечивать измерение ЭП и МП на частоте 50 Гц в полосе ±1 Гц. Соответствующие приборы, производимые отечественной промышленностью, представлены в прилож.2.

4.3. Измерения уровней ЭП частотой 50 Гц следует проводить приборами, обеспечивающими минимальное искажение измеряемого поля за счет электрической развязки антенны и блока индикации*. Приборы, в которых антенна соединяется с блоком индикации электрическим кабелем, допускаются к применению в строгом соответствии с инструкцией по эксплуатации, при обеспечении необходимых расстояний от датчика до земли, тела оператора, проводящего измерения, и объектов, имеющих фиксированный потенциал.
________________
* Этому требованию соответствуют, например, СИ с электрической развязкой антенны и блока индикации посредством волоконно-оптической линии связи. Такие приборы обладают повышенной помехозащищенностью.

4.4. Измерения ЭП 50 Гц рекомендуется производить приборами ненаправленного приема с трехкоординатным емкостным датчиком, автоматически определяющим максимальный модуль напряженности ЭП при любом положении в пространстве. Допускается применение приборов направленного приема с датчиком в виде диполя, при этом в процессе измерений необходимо обеспечить совпадение направления оси диполя и максимального вектора напряженности ЭП с допустимой относительной погрешностью ±20%.

4.5. Измерения МП 50 Гц рекомендуется производить приборами с трехкоординатным индукционным датчиком, обеспечивающим автоматическое измерение модуля напряженности МП при любой ориентации датчика в пространстве. Допускается применение приборов направленного приема с датчиком в виде диполя, при этом в процессе измерений необходимо обеспечить совпадение направления оси диполя и максимального вектора напряженности МП с допустимой относительной погрешностью ±10%.

4.6. При проведении инструментальных исследований целесообразно использовать специализированные приборы, сопрягаемые с компьютерными программами поддержки контроля. Они должны допускать загрузку алгоритма проведения измерений, после чего вырабатывать «подсказку» по измеряемым параметрам, количеству и положению точек измерения ЭМП в каждой из запланированных контролируемых зон.

4.7. Средства измерения (СИ) ЭМП ПЧ должны использоваться строго в соответствии со своей спецификацией, инструкцией по эксплуатации и требованиями нормативных документов.

5. Требования к организации и выполнению работ по инструментальному контролю

5.1. Задание на проведение измерений ЭМП ПЧ на РМ выдается организацией или экспертом, в задачи которых будет входить проведение гигиенической оценки (санитарно-эпидемиологической экспертизы) условий труда. В случае производственного контроля объекты измерения и периодичность измерений определяются программой производственного контроля.

5.2. Подготовка к проведению измерений должна включать:

планирование измерений — выбор рабочих мест (РМ) и контролируемых зон (КЗ);

хронометраж рабочего времени в каждой из КЗ;

подготовку СИ к работе.

5.3. Планирование измерений отражается в «Акте обследования объекта». РМ и КЗ, на которых предполагается проводить измерения, присваиваются номера. К акту обследования прилагается план расположения РМ и КЗ в производственном помещении.

5.3.1. В акте обследования должны быть отражены:

профессия работника, связан ли работающий профессионально с обслуживанием и эксплуатацией источников ЭМП ПЧ;

перечень КЗ, входящих в состав каждого РМ;

время выполнения работы в каждой из КЗ в условиях воздействия ЭМП ПЧ за рабочую смену;

фазность источников ЭМП ПЧ;

коэффициент загрузки сети;

расположение источника электромагнитного поля по отношению к РМ;

общее или локальное воздействие на работников МП ПЧ;

временные характеристики режимов генерации импульсных МП ПЧ.

Характеристики РМ определяют алгоритмы анализа результатов измерений уровней ЭМП и заключение по ним.

5.4. Проведение измерений ЭМП ПЧ осуществляется в соответствии с заданием, результаты измерений вносятся в рабочий журнал учета результатов измерений и оформляются в последующем в виде протоколов измерений.

5.5. Планирование инструментальных исследований, последующий анализ результатов и оформление документов (журнала учета результатов, протокола измерений) целесообразно автоматизировать с использованием специализированных компьютерных программ.

5.6. В процессе измерений и по их завершении в рабочий журнал вносятся:

сведения о предприятии, цель измерений, сведения о полученном задании на измерения, сведения о лицах, присутствующих при измерениях;

дата и время проведения измерений;

данные о средствах измерений (тип, заводской номер, данные о государственной поверке);

номера рабочих мест и контролируемых зон;

результаты измерений для каждой КЗ — максимальные величины из средних значений по трем измерениям на каждой высоте;

должность работающего, связан ли работающий профессионально с обслуживанием и эксплуатацией источников ЭМП ПЧ;

характер воздействия МП ПЧ (общее или локальное);

время воздействия ЭМП ПЧ за рабочую смену;

данные об оборудовании, являющемся источником ЭМП ПЧ (тип, напряжение и ток максимальные и фактические, фазность, продолжительность импульсов и пауз);

сведения о наличии средств индивидуальной и коллективной защиты (экранирующих устройств), их расположении по отношению к РМ;

результаты обработки первичных данных с учетом:

погрешности средства измерения (результаты измерений ЭП и МП умножаются на корректирующий коэффициент , где — паспортная относительная погрешность (%) используемого СИ);

отношения максимального напряжения (тока) к фактическому;

фазности тока ПЧ.

6. Обработка результатов инструментального контроля

Алгоритмы анализа результатов измерений уровней ЭМП определяются характеристиками РМ и параметрами ЭМП.

6.1. Рабочее место — одна контролируемая зона, стабильные параметры ЭМП.

6.1.1. Условия работы при воздействии электрического поля Е:

если Е
при 5 кВ/м ;

при 20 кВ/м
при продолжительности работы больше допустимого времени , класс условий труда относится к вредным, степень вредности определяется кратностью превышения допустимого времени;

работа в поле Е>25 кВ/м опасна и не допускается.

6.1.2. Условия работы при воздействии магнитного поля В:

допустимая напряженность МП в зависимости от времени работы определяется в соответствии с кривой интерполяции, приведенной в прилож.1 к СанПиН 2.2.4.1191-03;

класс условий труда в поле, превышающем допустимое, или продолжительностью больше допустимого времени относится к вредным; степень вредности определяется кратностью превышения ПДУ.

6.2. Рабочее место — несколько КЗ с различной напряженностью ЭМП.

6.2.1. Условия работы при воздействии электрического поля Е:

при выполнении работы в нескольких КЗ с различной напряженностью ЭП вычисляется приведенное время по формуле:

где * — реальное время пребывания в -й КЗ, * — допустимое время пребывания в ЭП с напряженностью для соответствующих КЗ;
_______________
* Формула и экспликация к ней соответствуют оригиналу. — Примечание изготовителя базы данных.

если приведенное время не превышает длительности рабочей смены (8 ч), условия работы считаются допустимыми;

если приведенное время больше длительности рабочей смены, класс условий труда относится к вредным, степень вредности определяется кратностью превышения приведенного времени над реальной длительностью рабочей смены.

6.2.2. Условия работы при воздействии магнитного поля В:

при выполнении работы в нескольких КЗ с различной напряженностью МП вычисляется предельно допустимое время работы для КЗ с максимальной напряженностью МП;

если предельно допустимое время не превышает длительности рабочей смены, условия работы считаются допустимыми;

если предельно допустимое время больше длительности рабочей смены, класс условий труда относится к вредным, степень вредности определяется кратностью превышения времени над реальной длительностью рабочей смены.

Читайте также:  Нормальность единицы измерения химия

6.3. Рабочее место — одна контролируемая зона, меняющееся со временем ЭМП.

Доступ к полной версии этого документа ограничен

Ознакомиться с документом вы можете, заказав бесплатную демонстрацию систем «Кодекс» и «Техэксперт».

Источник

Методика проведения измерений электромагнитных полей

4.3. МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ. ФИЗИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ

Определение уровней электромагнитного поля, создаваемого излучающими
техническими средствами телевидения, ЧМ радиовещания и базовых станций
сухопутной подвижной радиосвязи

Дата введения: с момента утверждения

1. РАЗРАБОТАНЫ сотрудниками Самарского отраслевого научно-исследовательского института радио Министерства Российской Федерации по связи и информатизации (А.Л.Бузовым, С.Н.Елисеевым, Л.С.Казанским, Ю.И.Кольчугиным, В.А.Романовым, М.Ю.Сподобаевым, Д.В.Филипповым, В.В.Юдиным).

2. Представлены Минсвязи России (письмо N ДРТС-2/988 от 2.12.02). Одобрены комиссией по государственному санитарно-эпидемиологическому нормированию при Минздраве России.

3. УТВЕРЖДЕНЫ И ВВЕДЕНЫ В ДЕЙСТВИЕ Главным государственным санитарным врачом Российской Федерации от 29.06.03.

4. ВВЕДЕНЫ взамен МУК 4.3.045-96 и МУК 4.3.046-96 (в части базовых станций).

Назначение и область применения

Методические указания предназначены для применения специалистами центров государственного санитарно-эпидемиологического надзора, инженерно-техническими работниками, проектными организациями, операторами связи в целях обеспечения санитарно-эпидемиологического надзора за источниками излучения.

Методические указания устанавливают методики определения (расчета и измерений) уровней электромагнитного поля (ЭМП), излучаемого техническими средствами телевидения, ЧМ радиовещания и базовых станций сухопутной подвижной радиосвязи в диапазоне 27-2400 МГц в местах их размещения.

Документ введен взамен МУК 4.3.04-96* и МУК 4.3.046-96 (в части базовых станций). Отличается от прежних документов тем, что содержит методику расчета уровней ЭМП для произвольных расстояний от антенн, включая ближнюю зону, с учетом подстилающей поверхности и влияния различных металлоконструкций.
_____________
* Вероятно ошибка оригинала. Следует читать МУК 4.3.045-96. — Примечание «КОДЕКС».

Методические указания не распространяются на средства связи, содержащие апертурные антенны.

1. Общие положения

1. Общие положения

Определение уровней ЭМП проводится с целью прогнозирования и определения состояния электромагнитной обстановки в местах размещения излучающих объектов телевидения, ЧМ вещания и базовых станций сухопутной подвижной радиосвязи.

Расчетное прогнозирование проводится:

— при проектировании передающего радиотехнического объекта (ПРТО);

— при изменении условий размещения, характеристик или режимов работы технических средств действующего ПРТО (изменение расположения антенн, высот их установки, направлений излучения, мощности излучения, схемы антенно-фидерного тракта, застройки прилегающих территорий и т.п.);

— в случае отсутствия материалов расчетного прогнозирования электромагнитной обстановки ПРТО;

— при сдаче ПРТО в эксплуатацию (при внесении изменений в проект относительно его первоначального варианта, для которого осуществлялось расчетное прогнозирование).

Измерения проводятся:

— при сдаче ПРТО в эксплуатацию;

— в порядке плановых контрольных измерений не реже одного раза в три года (в зависимости от результатов динамического наблюдения периодичность проведения измерений уровней ЭМП может быть сокращена по решению соответствующего центра госсанэпиднадзора, но не чаще, чем один раз в год);

— при изменении условий размещения, характеристик или режимов работы технических средств действующего ПРТО;

— после проведения защитных мероприятий, направленных на снижение уровней ЭМП.

В методике расчетного прогнозирования определены следующие способы расчета уровней ЭМП:

— непосредственно по току в проводниках антенны (предварительно рассчитанному);

— по диаграмме направленности (ДН) антенны, которая определяется по распределению тока в проводниках антенны;

— по паспортным ДН антенны.

Для тех случаев, когда антенна представляет собой антенную решетку, в качестве элементов которой используются излучатели неизвестной конструкции с известными ДН, предусмотрена возможность расчета ДН такой решетки.

Расчет уровней ЭМП непосредственно по току выполняется для относительно малых расстояний от антенны (в ближней и промежуточной зонах), расчет по ДН — для относительно больших расстояний (в дальней зоне). Паспортные ДН используются при отсутствии сведений о конструкции антенны.

Распределение тока по проводникам антенны находится решением электродинамической задачи методом интегрального уравнения. При этом антенна представляется в виде системы определенным образом расположенных и ориентированных в пространстве проводников.

В методике расчета уровней ЭМП предусмотрены:

— возможность учета подстилающей поверхности на основе двухлучевой модели распространения радиоволн в предположении, что подстилающая поверхность не влияет на распределение тока в проводниках антенны;

— возможность учета влияния металлоконструкций на основе определения тока, наведенного на них полем антенны.

Исходными данными для расчета уровней ЭМП служат геометрические параметры антенны в виде набора координат концов проводников, геометрические и электрофизические параметры подстилающей поверхности, технические характеристики радиопередающих средств.

В прилож.3 приведена информация о рекомендуемом программном обеспечении, включающем в себя расчет уровней ЭМП по изложенным в методических указаниях методикам для указанных технических средств.

Методика измерений основана на принципах, заложенных в расчетный прогноз, и ориентирована на использование существующих измерительных приборов, обеспечивающих достаточную точность контроля уровней ЭМП.

2. Основные положения методики расчетного прогнозирования уровней электромагнитного поля

2.1. Сущность метода

Расчет уровней ЭМП непосредственно по току антенны выполняется в два этапа: сначала рассчитывается распределение тока в проводниках антенны, затем — уровни ЭМП. Расчет распределения тока выполняется на основе решения соответствующей электродинамической задачи методом интегрального уравнения в тонкопроволочном приближении. При этом реальная конструкция антенны представляется в виде системы электрически тонких цилиндрических проводников. Решение интегрального уравнения выполняется методом коллокации при кусочно-синусоидальном базисе. Расчет уровней ЭМП выполняется непосредственно по найденному распределению тока с учетом наличия апертурных искажений и реактивных полей.

Расчет уровней ЭМП по рассчитанной ДН выполняется в три этапа: сначала рассчитывается распределение тока в проводниках антенны, затем — ДН и коэффициент направленного действия (КНД), на завершающем этапе по найденным ДН и КНД рассчитываются уровни ЭМП. Распределение тока в проводниках определяется так же, как и при расчете уровней ЭМП непосредственно по току антенны.

Расчет уровней ЭМП по паспортным ДН выполняется в один этап. При этом считается, что излучение (с заданной направленностью, определяемой паспортными ДН) происходит из точки, принимаемой за фазовый центр антенны.

При дальнейшем изложении, если нет специальных оговорок, единицы измерения всех величин даны в системе СИ.

2.2. Расчет распределения тока в проводниках антенны

Расчет распределения тока в проводниках антенны выполняется в следующей последовательности:

— построение электродинамической модели антенны;

— расчет элементов матрицы системы линейных алгебраических уравнений (СЛАУ) — алгебраического аналога исходного интегрального уравнения;

— решение СЛАУ и определение коэффициентов разложения искомой функции распределения тока (токовая функция) по заданному базису.

Построение электродинамической модели

Реальная конструкция представляется в виде системы электрически тонких прямолинейных цилиндрических проводников. Радиус проводников при этом не должен превышать (здесь и далее — длина волны). Проводники большего радиуса представляются в виде проволочных цилиндров. Сплошные металлические поверхности представляются в виде проволочных сеток. Проводники, оси которых являются гладкими кривыми, представляются в виде ломаных.

Вводится пространственный контур , образованный совокупностью осей проводников. Определяется положительное направление обхода контура (оно же положительное направление для тока), и вводится криволинейная координата , отсчитываемая вдоль него.

Для определения кусочно-синусоидальных базисных функций каждый прямолинейный проводник разбивается на электрически короткие частично пересекающиеся отрезки — сегменты. Каждый -сегмент определяется тремя точками: начальной , средней , и конечной (в соответствии с выбранным положительным направлением). При этом начальная точка -го сегмента (если он не первый на данном проводнике) совпадает со средней точкой -го, конечная (если он не последний на данном проводнике) — со средней точкой -го: , . Если -й сегмент является первым (последним) на данном проводнике, то его начальная (конечная) точка совпадает с началом (концом) проводника.

Читайте также:  Манометр для измерения давления воздуха до 1 бар

Точкам, определяющим некоторый -й сегмент, сопоставляются 3 радиус-вектора , , (начальная, средняя и конечная точка, соответственно), а также радиус-вектор точки коллокации — точки на поверхности проводника, ближайшей к точке .

Прямолинейные проводники разбиваются на сегменты равномерно. При этом длину сегмента следует выбирать из условия:

— радиус проводника.

При увеличении длины сегмента относительно указанных пределов возрастает погрешность аппроксимации, при уменьшении — ухудшается обусловленность СЛАУ, в результате чего вычислительный алгоритм может оказаться неустойчивым.

Для описания разветвлений проводников вводятся дополнительные сегменты. При этом средняя точка дополнительного сегмента совпадает с крайними точками соединяющихся проводников, а начальная и конечная — со средними точками крайних (ближайших) сегментов на данных проводниках. При этом во избежание появления линейно зависимых уравнений СЛАУ необходимо соблюдение следующих правил:

— число компланарных проводников, соединяющихся в одной точке, должно быть не более 3 (вводятся 2 дополнительных сегмента);

— число некомпланарных проводников, соединяющихся в одной точке, должно быть не более 4 (вводятся 3 дополнительных сегмента).

При необходимости описания электрического соединения большего числа проводников, следует точки электрических контактов разнести в пространстве на электрически малое расстояние, что несущественно для электрических характеристик антенны.

При моделировании сплошной поверхности проволочной сеткой дополнительные сегменты в узлах сетки не вводятся.

Зазоры активных вибраторов (к которым подводятся питающие напряжения) также описываются сегментами. При этом средняя точка сегмента совпадает со средней точкой зазора, а начальная и конечная — со средними точками крайних (ближайших) сегментов на примыкающих к зазору проводниках (плечах вибратора).

Расчет матрицы СЛАУ

Матрица СЛАУ (расширенная) содержит квадратную матрицу ( — общее число сегментов в модели) с элементами ( ) и — мерный столбец свободных членов ( ). Здесь — номер строки матрицы (номер уравнения СЛАУ, номер точки коллокации), — номер столбца матрицы (номер сегмента).

Элемент квадратной матрицы численно равен взятой с обратным знаком тангенциальной составляющей электрического поля, создаваемого -м сегментом с единичным током в средней точке -го сегмента. Величина определяется как сумма двух составляющих:

— составляющая, соответствующая излучению отрезка [ , ];

— составляющая, соответствующая излучению отрезка [ , ].

Составляющие и рассчитываются по формуле:

— -орт в цилиндрической системе, связанной с -м сегментом;

— -орт в цилиндрической системе, связанной с отрезком [ , ] (знак «-«) или отрезком [ , ] (знак «+») -го сегмента;

— -орт в цилиндрической системе, связанной с отрезком [ , ] (знак «-«) или отрезком [ , ] (знак «+») -го сегмента;

— аппликата -й точки коллокации в цилиндрической системе, связанной с отрезком [ , ] (знак «-«) или отрезком [ , ] (знак «+») -го сегмента;

, — значения функции Грина для различных пар точек;

— расстояния между -й точкой коллокации и крайними (начальной и конечной) точками -го сегмента;

— расстояние между -й точкой коллокации и средней точкой -го сегмента;

— волновое число.

Свободные члены СЛАУ определяются следующим образом.

Если -я точка коллокации соответствует сегменту, расположенному на проводнике, то . Если -я точка коллокации соответствует сегменту, расположенному в зазоре активного вибратора, то в качестве берется нормированная величина входного напряжения. При этом, если антенна содержит один вибратор, то нормированное входное напряжение полагается равным единице. Если же антенна содержит два или более вибраторов (антенная решетка), для одного из вибраторов нормированное входное напряжение полагается равным единице, а остальные входные напряжения нормируются к фактической величине входного напряжения данного вибратора.

Решение СЛАУ рекомендуется выполнять методом оптимального исключения.

СЛАУ записывается следующим образом:

В результате решения СЛАУ определяются коэффициенты разложения искомой токовой функции , , . . Численно данные коэффициенты равны токам в средних точках соответствующих сегментов при выбранной нормировке входных напряжений (токов).

2.3. Расчет уровней электромагнитного поля

2.3.1. Общие положения

Для выбора способа расчета уровней ЭМП вводятся дополнительные критерии.

При уровень ЭМП необходимо рассчитывать непосредственно по току антенны, а при — по ДН, рассчитанной по току антенны или паспортным ДН, где:

— расстояние от геометрического центра антенны до точки наблюдения (в которой определяется уровень ЭМП);

— максимальный размер антенны.

Если сведения об устройстве (конструкции) антенны отсутствуют (т.е. не представляется возможным построить электродинамическую модель и рассчитать ток антенны), но известны ее паспортные ДН, расчет уровней ЭМП выполняется по паспортным ДН. При этом, если полученные значения напряженности поля (электрического и магнитного) необходимо умножить на поправочный коэффициент , график которого в зависимости от параметра приведен на рис.1.

Критерием необходимости учета влияния металлоконструкций служит выполнение неравенства:

— расстояние от точки наблюдения до ближайшей к ней точки на металлоконструкции.

— максимальный размер металлоконструкции, измеренный по вертикали при вертикальной поляризации и по горизонтали при горизонтальной поляризации;

— максимальный размер металлоконструкции, измеренный по горизонтали при вертикальной поляризации и по вертикали при горизонтальной поляризации;

, — коэффициенты, значения которых определяются по графикам на рис.2.

Влияние подстилающей поверхности не учитывается в следующих случаях:

— точка наблюдения расположена ниже уровня подстилающей поверхности (здесь имеются в виду поверхности ограниченных размеров, например, крыши зданий);

— высота центра антенны и высота точки наблюдения относительно подстилающей поверхности в 10 и более раз превышает расстояние между центром антенны и точкой наблюдения.

Излучаемая мощность определяется следующим образом.

Для антенно-фидерных устройств ЧМ вещания и базовых станций сухопутной подвижной радиосвязи величина определяется по формуле:

— номинальная мощность передатчика;

— КПД фидера;

— погонное ослабление в фидере, дБ/м;

— длина фидера;

— коэффициент стоячей волны напряжения на входе антенны.

Для антенно-фидерных устройств телевидения диапазона УВЧ излучаемая мощность определяется также по формуле (2.7), но при этом определяется по формуле: , где и — номинальные мощности передатчиков изображения и звукового сопровождения, соответственно.

Для антенно-фидерных устройств телевидения диапазона ОВЧ расчет уровней ЭМП выполняется на двух частотах — на частоте несущей изображения и на частоте несущей звукового сопровождения (телевизионная станция рассматривается как два независимых передатчика). В обоих случаях излучаемая мощность определяется по формуле (2.7), при этом для частоты несущей изображения определяется по формуле , а для частоты несущей звукового сопровождения величина берется равной .

2.3.2. Расчет уровней электромагнитного поля непосредственно по току антенны

При отсутствии влияющих металлоконструкций и подстилающей поверхности расчет уровней ЭМП выполняется следующим образом.

Вектор напряженности электрического поля в точке наблюдения с радиус-вектором определяется по формуле:

— поле, создаваемое антенной в свободном пространстве;

, , — орты основной декартовой системы координат;

, , — коэффициенты, которые определяются так же, как и элементы матрицы СЛАУ , с той лишь разницей, что вместо точки коллокации берется точка наблюдения , а вместо орта берутся орты , , при вычислении , , , соответственно.

Декартовы составляющие вектора напряженности электрического поля определяются по формулам:

Среднее квадратичное (эффективное) значение напряженности электрического поля определяется по формуле:

Источник