CC BY
19
15. Мокшин Д.И., Коробков С.В. Исследование среднего теплообмена отдельностоящих квадратных призм // Фундаментальные и прикладные исследования: проблемы и результаты. - 2014. - № 13. - С. 196-202.
16. Мокшин Д.И., Коробков С.В. Расчет локального коэффициента конвективной теплоотдачи с помощью программы ЭВМ // Фундаментальные и прикладные исследования: проблемы и результаты. - 2014. - № 13. - С. 116-223.
17. Мокшин, Д.И. Исследование теплообмена зданий и сооружений / Д.И. Мокшин, А.И. Гныря, С.В. Коробков, А.А. Кошин // труды VI всероссийской конференции «Актуальные вопросы строительства. - Новосибирск, НГАСУ 2013. - С. 37-42.
18. Мокшин Д.И. Исследование теплообмена моделей высотных зданий и сооружений. Методика проведения эксперимента / Д.И. Мокшин, А.И. Гныря, С.В. Коробков // труды IX Международной конференции студентов и молодых ученых. - Томск, 2012. - С. 751-753.
19. Мокшин Д.И. Исследование теплообмена одиночных моделей зданий в виде квадратных призм при изменении угла атаки воздушного потока / Д.И. Мокшин [и др.] // труды X Международной конференции студентов и молодых ученых. - Томск, 2013. - С. 710-712.
20. Мокшин Д.И. Исследование теплообмена моделей высотных зданий и сооружений. Методика проведения эксперимента / Д.И. Мокшин, А.И. Гныря, С.В. Коробков // труды IX Международной конференции студентов и молодых ученых. - Томск, 2012. - С. 751-753.
21. Патент на полезную модель RUS 120122, 10.04.2012 Система для поэтажного возведения монолитных железобетонных зданий в зимних условиях / Жаркой Р. А., Гныря А.И., Коробков С.В., Ильясова Т.А., Мокшин Д.И.
22. Патент на полезную модель RUS 123004, 26.04.2012 Устройство для прогрева замоноличиваемых стыков при возведении зданий со сборным и сборно-монолитным каркасом в зимних условиях / А.И. Гныря, А.П. Боя-ринцев, С.В. Коробков, Д.И. Мокшин.
ИНТЕНСИМЕТРИЯ НИЗКОЧАСТОТНОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ
© Свиридова Е.Ю.*
Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ),
г. Москва
Проведен анализ энергетических характеристик низкочастотных электромагнитных полей; показана связь величины и направления активной и реактивной интенсивности с границами ближней и дальней
* Доцент кафедры «Экологическая безопасность автомобильного транспорта», кандидат технических наук.
зоны поля, расстоянием до источника излучения. Теоретически показана возможность определения комплексной интенсивности низкочастотного электромагнитного поля. Разработана измерительная установка и проведены эксперименты по исследованию активной интенсивности в ближней зоне источника электромагнитного поля. Предложен новый подход к проведению мониторинга низкочастотных электромагнитных полей, основанный на определении энергетических характеристик.
Ключевые слова интенсиметрия, низкочастотное электромагнитное поле, энергетические параметры, комплексная интенсивность, активная интенсивность, реактивная интенсивность, ближняя зона, взаимный спектр, мониторинг.
Общеизвестно негативное воздействие низкочастотных электромагнитных полей на человека, природную среду, селитебные территории. Основными источниками низкочастотных электромагнитных полей (ЭМП) в городской среде являются: линии электропередачи, силовые трансформаторные подстанции, распределительные пункты системы энергоснабжения, воздушные электрические сети, транспортный поток, сети питания наземного электротранспорта и т.д. В настоящее время мониторинг низкочастотных ЭМП проводится только на основе измерений амплитудных значений напря-женностей электрического и магнитного поля на различных расстояниях от источника излучений, что не дает представления об общей энергетической картине ЭМП и не позволяет объективно оценить его вредное воздействие.
Учитывая схожесть волновых процессов, происходящих в звуковом и электромагнитном поле, и имея определенные наработки в данной области [110], авторы считают, что при проведении электромагнитного мониторинга необходимо перейти от измерения амплитудных значений напряженностей электрического и магнитного полей к энергетическим характеристикам ЭМП.
В ближней зоне ЭМП происходит два качественно различных в энергетическом отношении процесса. Первый процесс - это процесс периодического обмена энергией между источником энергии и ближней зоной (реактивная интенсивность /,). Энергия то забирается от источника и накапливается в электромагнитном поле ближней зоны, то отдается обратно источнику.
Второй процесс - это процесс излучения энергии (активная интенсивность 1а). Он характеризует волновой процесс в ближней зоне. Излучаемая энергия составляет относительно небольшую величину по сравнению с энергией, периодически накапливаемой в электромагнитном поле ближней зоны и затем отдаваемой источнику питания [11].
Как и в общей теории волновых процессов, в теории электромагнитного поля существует понятие комплексной интенсивности, включающей в себя активную и реактивную составляющие:
Л = I + ¡I, (1)
7 Вт
где Ia - вектор активной интенсивности ЭМП, —г-;
м
- Вт
I - вектор реактивной интенсивности ЭМП, —т-.
' м
Определение энергетической характеристики ЭМП (комплексной интенсивности Ik) позволит получить новый весомый результат мониторинга -
пространственное распределение электромагнитной энергии.
Составляющие вектора комплексной интенсивности могут определяться следующим образом: в некоторой точке пространства измеряются взаимно перпендикулярные вектора Е и Н, а также временной сдвиг Aq%H между ними. На основании этих данных рассчитывают активную Ia и реактивной Ii интенсивности ЭМП:
1 a = E ■H ■ cos , (2)
I = E ■H ■ sin A^eh . (3)
Если соотношение Ii / Ia равно 0, то мы имеем дело с дальней зоной электромагнитного поля. Если соотношение неравно 0, то - это ближняя зона.
Определение активной интенсивности ЭМП позволит найти направление на источник излучения.
При наличии нескольких источниках ЭМП в ближнем поле усложнена их идентификация при использовании только одной активной интенсивности. В этом случае особенно полезна реактивная интенсивность, поскольку она будет исходить из области максимума потока электромагнитной энергии или от источников излучений при проведении измерений рядом с ними.
Расстояние до источника излучения R по формуле:
R = Г.k' (4)
j
где к = 2л/1- волновое число;
1 - длина волны, м;
, „,т Вт ■ см2
Ia - активная интенсивность ЭМП,-;
Ii - реактивная интенсивность ЭМП,
с
Вт ■ см2 с
Также комплексная интенсивность может быть определена с помощью функции взаимного спектра, который вычисляется умножением одного спектра на комплексное сопряжение второго спектра.
Взаимный спектр является комплексной величиной. Амплитуда взаимного спектра характеризует полную энергию ЭМП в заданной точке, а фаза представляет разность фаз между напряженностью электрического и напряженностью магнитного поля [12].
Комплексная интенсивность ЭМП таким образом равна:
1* = Е■ Н* = (|Е\■ сos(1 + ')• (|Н| • cos(2 -• sin^ = = Е ■ |Н|' - ( ) + ' ' Е ' \н\ ■ sin(^ - ( ),
где Е - напряженность электрического поля, В/м;
Н - напряженность магнитного поля, А/м
Н - комплексно сопряженная величина напряженности магнитного поля, А/м.
При усреднении по времени (за период) реактивная интенсивность обращается в ноль, остается только активная интенсивность, которая может быть измерена.
Для определения реактивной интенсивности добавляется 90° к начальной фазе напряженности электрического поля и на выходе анализатора спектра получается ее значение:
Яе[/( +9СГ ] = Яе[(1„ + / ■ /,.)е-*/2] = Яе[-/ ■ 1а +1,] = 1,, (6)
Вт
где 1а - активная интенсивность ЭМП, —-г;
м
Вт
I - реактивная интенсивность ЭМП, —-г;
м
(Е - начальная фаза напряженности электрического поля, град.
Таким образом, в любой точке низкочастотного ЭМП можно определить комплексную интенсивность - энергетический параметр ЭМП.
Авторами были проведены экспериментальные измерения активной интенсивности низкочастотного ЭМП. Разработана измерительная система, которая состояла из антенн измерительных, октафона, аналого-цифрового преобразователя и двухканального анализатора спектра.
При проведении интенсиметрических измерений вблизи кабеля электропитания, являющегося источником ЭМП промышленной частоты, одновременно измерялись напряженности электрического и магнитного полей, после этого преобразованный с помощью звуковой карты сигнал передавался на анализатор спектра и определялась активная интенсивность в относительных единицах. При этом угол между антеннами составлял 90 градусов; антенна Пб-70, измеряющая напряженность магнитного поля, устанавливалась параллельно электрическому проводу; антенна Пб-71, измеряющая
напряженность электрического поля, перпендикулярно ему. В результате эксперимента был получен спектр активной интенсивности низкочастотного ЭМП в ближней зоне источника излучения (рис. 1).
Знак вектора активной интенсивности на частоте 50 Гц указывает на то, что энергия распространяется от электрического провода (источника ЭМП).
Рис. 1. Спектр активной интенсивности низкочастотного ЭМП в ближней зоне источника излучения
Проведение мониторинга низкочастотных электромагнитных полей на принципиально новой основе (переход от измерения амплитудных характеристик к определению энергетических параметров ЭМП) позволит оценить картину пространственного распределения энергии и разработать наиболее эффективные методы защиты.
Список литературы:
1. Графкина М.В., Нюнин Б.Н., Свиридова Е.Ю. Совершенстовование системы мониторинга электромагнитной безопасности жилых помещений // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. - 2013. - № 4. - С. 40-42.
2. Графкина М.В., Нюнин Б.Н., Свиридова Е.Ю. Теоретические предпосылки мониторинга активной и реактивной интенсивности низкочастотных электромагнитных полей // Вестник МГСУ - 2013. - № 5. - С. 112-117.
3. Графкина М.В., Свиридова Е.Ю. Экологический мониторинг и повышение электромагнитной безопасности строительных объектов вблизи
линий электропередачи // Отраслевые аспекты технических наук. - 2011. -№ 11. - С. 3-6.
4. Графкина М.В., Нюнин Б.Н., Свиридова Е.Ю. Определение энергетического низкочастотного воздействия на застроенных территориях // Вестник МГСУ - 2014. - № 4. - С. 116-124.
5. Графкина М.В., Нюнин Б.Н., Свиридова Е.Ю. Определение энергетических параметров в ближней зоне источника низкочастотного электромагнитного поля // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. - 2014. - № 2. - С. 132-134.
6. Графкина М.В., Свиридова Е.Ю. Экологический мониторинг инфра-звуковых и электромагнитных полей транспортного потока // Приоритетные научные направления: от теории к практике. - 2014. - № 10. - С. 87-91.
7. Свиридова Е.Ю. Совершенствование системы контроля низкочастотных электромагнитных полей // Фундаментальные и прикладные исследования: проблемы и результаты. - 2014. - № 10. - С. 170-173.
8. Свиридова Е.Ю. Анализ проблемы совершенствования мониторинга низкочастотных электромагнитных полей на селитебных территориях // Приволжский научный вестник. - 2013. - № 9 (25). - С. 13-16.
9. Свиридова Е.Ю. Результаты исследования низкочастотных электромагнитных полей на урбанизированных территориях // Достижения вузовской науки. - 2013. - № 5. - С. 107-112.
10. Графкина М.В., Свиридова Е.Ю. Исследование электромагнитных полей линий электропередач и рекомендации по снижению их негативного воздействия // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. - 2010. - № 2. - С. 133-135.
11. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники: электромагнитное поле. - М.: Высшая школа, 1988. - 231 с.
12. Брюль и Къер. Частотный анализ. - Дания, 2001. - 389 с.
