МУК 4.3.677-97

4.3. МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ. ФИЗИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УРОВНЕЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ НА РАБОЧИХ МЕСТАХ
ПЕРСОНАЛА РАДИОПРЕДПРИЯТИЙ, ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА
КОТОРЫХ РАБОТАЮТ В НЧ, СЧ И ВЧ ДИАПАЗОНАХ

Методические указания

     

Дата введения: с момента утверждения

1. РАЗРАБОТАНЫ Бузовым А.Л., Романовым В.А., Казанским Л.С., Кольчугиным Ю.И., Юдиным В.В. (Самарский отраслевой научно-исследовательский институт радио Министерства связи Российской Федерации).

2. ПРЕДСТАВЛЕНЫ Госкомсвязи России письмом от 27.05.97 N НТУОТ-1/058. Одобрены Комиссией по государственному санитарно-эпидемиологическому нормированию при Минздраве России.

3. УТВЕРЖДЕНЫ И ВВЕДЕНЫ В ДЕЙСТВИЕ Главным государственным санитарным врачом Российской Федерации от 6 ноября 1997 г.

4. ВВЕДЕНЫ ВПЕРВЫЕ.

1. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Методические указания составлены в помощь инженерам органов и учреждений санитарно-эпидемиологической службы, инженерно-техническим работникам, проектным организациям средств связи с целью обеспечения предупредительного санитарного надзора за источниками излучения кило- (НЧ), гекто- (СЧ) и декаметрового (ВЧ) диапазонов на предприятиях радиовещания и радиосвязи, а также для прогнозирования уровней напряженности электромагнитного поля при организации рабочих мест обслуживающего персонала.

2. СУЩНОСТЬ МЕТОДА

Методы контроля уровней электромагнитных полей на рабочих местах персонала радиопредприятий НЧ, СЧ и ВЧ диапазонов содержат метод расчетного прогнозирования напряженности электромагнитного поля излучающих технических средств радиосвязи и радиовещания в кило-, гекто- и декаметровом диапазонах волн, а также методику измерений уровней электромагнитного поля. Расчетные и экспериментальные исследования, производимые в соответствии с данной методикой, являются необходимыми и достаточными при проведении электромагнитной экспертизы излучающих объектов.

Метод расчетного прогнозирования электромагнитных полей на рабочих местах персонала, обслуживающего технические средства НЧ, СЧ и ВЧ диапазонов, базируется на строгих решениях соответствующих электродинамических задач тонкопроволочных структур, при известных функциях распределения токов по излучателям, которые определяются на основе приближенных решений.

Методические указания распространяются на радиотехнические объекты, которые могут быть укомплектованы как техническими средствами одного частотного диапазона, так и техническими средствами различных частотных диапазонов. Электромагнитные поля технических средств могут отличаться интенсивностью, поляризацией, частотами, зависимостью от параметров почвы и т.д. Методические указания учитывают индивидуальность реальных объектов, проявляющуюся (с точки зрения электромагнитной обстановки) в различии размещения и ориентации отдельных источников излучения, в несовпадении расписаний смены волн, в неодинаковом наборе технических средств.

К основным источникам электромагнитного поля внутри технических зданий на рабочих местах обслуживающего персонала относятся:

- экраны бикоаксиальных фидеров передатчиков с симметричным выходом;

- экраны коаксиальных фидеров передатчиков с несимметричным выходом;

- щели шкафов передатчиков;

- антенны радиоцентра.

В расчетном прогнозировании электромагнитное поле определяется для конкретных электрофизических моделей технических помещений с учетом тех или иных источников излучения.

3. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ МЕТОДИКИ РАСЧЕТНОГО ПРОГНОЗИРОВАНИЯ

Особенностью электромагнитного прогнозирования в НЧ, СЧ и ВЧ диапазонах является то, что поле необходимо определять в ближней зоне излучения. При этом напряженность поля определяется как суперпозиция полей источников излучения и вторичных полей, создаваемых токами, наведенными этими источниками (т.е. первичным полем) на металлические поверхности помещений (каркасы и обшивка шкафов передатчиков, трубы водяного охлаждения, внешние поверхности экранов коаксиальных и бикоаксиальных внутренних фидеров и т.п.).

Учесть эти факторы возможно только решением соответствующей электродинамической задачи, в рамках которой находятся наведенные токи.

3.1. ИЗЛУЧЕНИЕ ИСТОЧНИКОВ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ

Первичное поле источников излучения рассчитывается поэтапно. В качестве сторонних источников рассматриваются поля, создаваемые токами на внешних поверхностях экранов фидеров, излучением из щелей шкафов передатчиков, а в случае неэкранированного здания - излучением антенн радиоцентра. Расчет токов экранов фидеров выполняется на основе теории длинных линий; волновые сопротивления эквивалентных линий, образованных экранами и шинами заземления, находятся путем решения двумерной электростатической задачи; в качестве возбуждающих источников рассматриваются вертикальные участки шин заземления в сечении перехода на наружный фидер, обладающие конечным индуктивным сопротивлением и возбуждающиеся за счет асимметрии тока передатчиков с симметричным выходом или за счет недостаточного экранирующего действия проволочного экрана наружного концентрического фидера передатчика с несимметричным выходом. Излучение щелей шкафов рассматривается как действие эквивалентных магнитных токов, текущих вдоль щелей. Поля, создаваемые излучением антенн, рассчитываются методом, учитывающим реальные электрофизические параметры подстилающей поверхности.

3.1.1. ИЗЛУЧЕНИЕ ЭКРАНОВ БИКОАКСИАЛЬНЫХ ФИДЕРОВ ПЕРЕДАТЧИКОВ
С СИММЕТРИЧНЫМ ВЫХОДОМ

Расчет поля, создаваемого излучением бикоаксиальных фидеров, выполняется за 5 этапов:

1) расчет геометрических параметров эквивалентной линии (ЭЛ), одним проводом которой является экран фидера, другим - шина заземления;

2) расчет параметров ЭЛ - волновых сопротивлений однородных участков и импедансов в сечениях стыков этих участков, определенных в сторону передатчика;

3) расчет параметров выходной цепи ЭЛ (вертикальный участок шины заземления, антенный фидер) и напряжения на выходе ЭЛ, т.е. в сечении перехода на наружный концентрический фидер;

4) расчет тока ЭЛ на каждом однородном участке;

5) расчет поля, создаваемого этим током ЭЛ.

На первом этапе вводится декартова система координат таким образом, чтобы плоскость (XOY) совпадала с плоскостью земли. Азимутальная ориентация осей (ОХ) и (OY) может быть произвольной. Данная основная система является общей для всех фидеров и других элементов здания и используется впоследствии при всех расчетах. Фидер представляется каскадным соединением однородных отрезков ЭЛ. Из соображений унификации каждый однородный отрезок должен быть прямолинейным, т.е. его длина не должна превышать длину участка фидера между соседними поворотами. В тех случаях, когда в пределах прямолинейного участка имеется резкое изменение однородности ЭЛ (скачкообразное изменение расстояния между фидером и шиной), можно разделить этот участок на два или более однородных отрезка. Каждый однородный отрезок характеризуется декартовыми координатами его крайних точек. Для определенности точки берутся на экране фидера (а не на шине). Координаты должны образовывать упорядоченную пару векторов, очередность записи которых определяет положительное направление тока на данном отрезке (1-й вектор - начало отрезка, 2-й - конец). Определение пространственного положения отрезков ЭЛ необходимо для расчета создаваемого ее током поля.

На втором этапе выполняется расчет волновых сопротивлений ЭЛ путем решения двумерной электростатической задачи методом интегрального уравнения, которое в свою очередь решается методом моментов.

Волновое сопротивление линии передачи полностью определяются ее погонной емкостью , Ф/м, которая характеризует электростатическую связь между проводами линии, т.е. определяет величину погонного заряда провода при некоторой разности потенциалов проводов в соответствии с соотношениями:

,  ,                                        (3.1)

где и - соответственно погонные заряды провода 1 и провода 2, Кл/м, причем = - (для определенности считается, что провод 1  - экран фидера, провод 2 - шина заземления);

и - соответственно потенциалы провода 1 и провода 2, В.

Для определения погонной емкости достаточно решить следующую электростатическую задачу: потенциал провода 1 задать равным, например, 1 В, потенциал провода 2 положить равным нулю, т.е. = 0 и найти погонные заряды проводов. Тогда из (3.1) находится емкость по формуле:

,                                                                                         (3.2)

где - погонный заряд одного из проводников (безразлично какого), Кл/м;

- абсолютное значение разности потенциалов, В.

При решении электростатической задачи о нахождении погонных зарядов проводов линии целесообразно использовать интегральное уравнение (являющееся решением известного дифференциального уравнения Пуассона):

,                                                                             (3.3)

где - плотность заряда, Кл/м;

- электрическая постоянная;

и - радиусы-векторы точек пространства ( - точка наблюдения; - переменная интегрирования);

- расстояние между точками и .

Поскольку заряд существует только на поверхности проводников, объемный интеграл можно заменить соответствующим поверхностным (при этом плотность заряда является поверхностной, Кл/м, в поперечном сечении относительно оси линии она будет функцией криволинейной координаты, отсчитываемой вдоль контура поперечного сечения проводника; вдоль линии - константой). Далее, поскольку потенциалы точек, лежащих на поверхности проводников, известны, левую часть (3.3) можно рассматривать как заданную функцию. При таком подходе выражение (3.3) является уравнением Фредгольма 1-го рода.

Линия полагается бесконечно протяженной (в обе стороны от исследуемого сечения). Сплошные поверхности проводников заменяются равномерно заряженными полосками нулевой толщины, протяженность которых (в продольном направлении) много больше поперечных размеров линии (что соответствует ее бесконечной протяженности). Дискретное распределение заряда по полоскам является приближенным аналогом непрерывного распределения плотности заряда по сплошным поверхностям. Особенность в интегральном уравнении, имеющая место при , исключается тем, что в случае распределения заряда по поверхности величина заряда в точке (т.е. на бесконечно малой площадке, содержащей точку , в которой вычисляется потенциал) стремится к нулю.

Выражения для потенциалов полосок образуют систему уравнений, которая в матричной записи имеет вид:

,                                                                                          (3.4)

где - комплексная матрица потенциальных коэффициентов размерностью МхМ, каждый элемент которой представляет собой коэффициент при заряде -й полоски, - интеграл в (3.3), взятый по поверхности -й полоски, подынтегральная функция которого определяется -й и -й полосками с учетом того, что за знак интеграла вынесена искомая функция (т.е. в подынтегральной функции =1 Кл); - вектор-столбец погонных зарядов полосок, Кл/м; * - вектор-столбец потенциалов полосок, В. Решением системы (3.4) находятся погонные заряды полосок.

_______________

* Текст соответствует оригиналу. - Примечание "КОДЕКС".

Полные погонные заряды проводников находятся как соответствующие суммы зарядов образующих их полосок.

Учет влияния полупроводящей земли в методе моментов может быть осуществлен введением зеркальных изображений полосок. Эквивалентные погонные заряды зеркальных изображений полностью определяются погонными зарядами соответствующих полосок, поэтому размер матрицы // в (3.4) остается при этом неизменным (к каждому элементу добавляется составляющая потенциала, создаваемая на -й полоске зеркальным изображением -й полоски).

Волновые сопротивления однородных участков находятся по формуле

,                                                                                             (3.5)

где скорость света в воздухе.

После нахождения волновых сопротивлений однородных участков полностью восстанавливается схема ЭЛ, которая показана на рис.1. Линия состоит из N каскадно включенных участков. Каждый -й участок характеризуется волновым сопротивлением и координатой своего конца, которая представляет собой электрическое расстояние от передатчика (электрическая длина -го отрезка есть разность - ). На схеме использованы обозначения: , , ... - входные импедансы отрезков; - импеданс вертикального участка шины заземления; - входной импеданс наружного фидера по однотактной волне; - напряжение синфазной волны на выходе внутреннего фидера.