物理性污染控制2.2电磁污染及防治.ppt

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1、第一节 概 述,一、电磁环境和电磁辐射污染,二、电磁辐射污染源,三、电磁辐射污染的危害,一、电磁环境和电磁辐射污染,电磁环境定义：某个存在电磁辐射的空间范围。特点：电磁辐射是以电磁波的形式在空间环 境中传播的，不能静止地存在于空间 某处。人类工作和生活的环境充满电磁辐射。,电磁辐射污染是指人类使用产生电磁辐射的器具而泄露 的电磁能量流传播到室内外空间中，其量 超出环境本底值，且其性质、频率、强度 和持续时间等综合影响而引起周围人群的 不适感，并使健康和生态环境受到损害。,电磁辐射污染源的种类,主要的人工电磁污染源,脉冲放电大电流电路起电或切断产生的火花放电，电流强度瞬间变化很大，产生很强的电磁

2、干扰。工频场源大功率电机、变压器及输电线等附近的电磁场射频场源广播、电视、微波通信等。频率范围：0.13000MHz。目前射频场源为电磁污染的主要源。,表4-2 人工电磁场源分类,（二）,电磁辐射体与电磁辐射的产生,电磁辐射体定义：能产生电磁辐射的物体。电力系统工业设备电气化铁道系统及设备广播电视和微波发射系统及设备电磁冶炼系统及电加热设备等。电磁辐射的产生电磁辐射是一种物理现象，是能量以电 磁波形式由源发射到空间的现象。,表4-3 冶炼机作业区电磁辐射产生状况输出功率100kW，频率200300kHz,三、电磁辐射污染的危害,对人体健康危害的影响因素,三、电磁辐射污染的危害,周围环境,受体差

3、异,辐射源,频率（波长）,电磁场强度,波形,照射时间,与辐射源距离,累计频次,表4-4 微波对生物作用的主要效应,表4-5 某单位受检人员症状百分比与场强关系统计,场强,一、电场与磁场,二、电磁场与电磁辐射,三、射频电磁场,四、电磁辐射的量度单位,电磁辐射基础,一、电场与磁场,一、电场与磁场,二、电磁场与电磁辐射,电磁场：交变磁场周围会产生电场，交变电场周围又会产生新的磁场，二者相互作用、相互垂直，并与自身运动方向垂直。这种交替产生的具有电场与磁场作用的物质空间称为电磁场。电磁辐射：电磁场以一定速度在空间传播过程中不断向周围空间辐射能量，此能量称为电磁辐射，亦称电磁波。,二、电磁场与电磁辐射,

4、（一）电磁波的周期（T）、频率（f）、波长（）和波速（V）,（二）场区分类及其特点,（三）电磁场的能量,（四）电磁波的传播特性,周期：电磁波发生一次全振动所需要的时间，单位s(秒)。频率：电磁波每秒振荡的次数，单位Hz(赫兹)；常用单位还有kHz(千赫)、MHz(兆赫)或GHz(千兆赫)。周期与频率互为倒数103 MHz=106 kHz=109 Hz,（一）电磁波的周期（T）、频率（f）、波长（）和波速（V）,波长：电磁波在一个周期内所经过的距离，单位有nm(纳米)、m(微米)或m(米)等。换算关系:1m=103mm=106m=109nm电磁波在介质中的传播速度：,(4-1),真空光速c0=2

5、.993108m/s3108m/s,相对介电常数,相对磁导率,【讨论】在同一介质中，电磁波传播速度是不变的，故波长与频率成反比,电磁波波长和频率的关系可简化为,(4-2),（二）场区分类及其特点,电场强度E与磁场强度H间无定量比例关系。近区场电磁场强度比远区场要大得多，且衰减速度快。近区场电磁感应现象与场源密切相关，近区场不能脱离场源而独立存在。,电场强度与磁场强度的定量关系 电场E与磁场H互相垂直，且都与传播方向垂直。远区场电磁辐射强度随距离衰减比近区场缓慢。,（4-3）,电场的能量：用电场各点的能量密度表示 磁场的能量：用磁场各点的能量密度表示电磁场的能量：等于上述二者之和,（三）电磁场的

6、能量,（4-5）,（4-6）,（4-7）,（四）电磁波的传播特性,1.电场分量与磁场分量,2.电磁波的传播方向,3.电磁波在不同介质中的衰减,4.电磁波的反射和透射,5.电磁波谱,作简谐振动的平面电磁波沿z方向传播时，x方向的电场强度Ex为,1.电场分量与磁场分量,（4-8）,电场强度E和磁场强度H互相垂直的关系用右手螺旋法则描述，即右手四指由电场强度方向转向磁场强度方向时，垂直伸直的大拇指的方向即为电磁波的传播方向。电磁波的传播方向用矢量S表示。S=E H（4-10）,2.电磁波的传播方向,3.电磁波在不同介质中的衰减,均匀介质（如空气）中，无能量损耗，电磁波的 波形不随距离改变。电场和磁场

7、在时间上同相，在空间上互相垂直，均作正弦函数的周期性变化，而且也都与传播方 向垂直（图4-1）。,电磁波在无损介质中的衰减,图4-1 电磁波在无损耗介质中的传播,3.电磁波在不同介质中的衰减,金属等传导介质中，自由电子在电磁场的作用下定 向运动形成电流，引起电磁波能量的损耗、衰减。波形为衰减正弦波（图4-2）。,电磁波在有损介质中的衰减,图4-2 电磁波在有损耗介质中的衰减,3.电磁波在不同介质中的衰减,电磁波在良导体中衰减得很快，只能透入薄层趋肤厚度（穿透深度)：电磁波能够穿入金属的深度。,电磁波在有损介质中的衰减,（4-11）,式中：介质的电导率，m/s;介质的磁导率,H/m。,频率越低，

8、进入良导体的厚度即穿透深度越大。,4.电磁波的反射和透射,电磁波传播至分界面时，发生反射和透射,图4-3 电磁波的反射和透射,5.电磁波谱,电磁波（无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线和射线等）的频率(或波长)不同，按其频率(或波长)的大小，依次排列成谱图即成电磁波谱,图4-4 电磁波谱图,三、射频电磁场,射频电磁场:高频电流周围形成的高频率电场和磁场，也称高频电磁场。,每秒振荡十万次以上的交流电,表4-6 射频电磁场的频段,射频电磁场频段不同，电磁场强弱采用不同物理量表示,四、电磁辐射的量度单位,高频(100kHz30MHz),甚高频(30300MHz),V/m、mV/m、V/m或dB（

9、分贝）,特高频微波（300MHz),单位：功率密度W/cm2、mW/cm2或W/cm2,定义：两个或两个以上频率的电磁波复合在一起的场强。计算式 式中：E复合场强，V/m；E1，E2，En各频率对应的电磁场强。,四、电磁辐射的量度单位,一、电磁辐射评价标准 及相关计算方法,二、电磁辐射评价测量范围,第三节 电磁辐射防护标准,一、电磁辐射评价标准 及相关计算方法,（一）,我国电磁辐射标准,（二）,国际电磁辐射标准简介,作业场所 电磁辐射安全卫生标准,电磁辐射环境安全卫生标准,干扰控制标准,（一）,我国电磁辐射标准,（一）,我国电磁辐射标准,1.电磁辐射防护规定（GB 8702-88）,2.环境电

10、磁波卫生标准（GB 9174-3-88）,3.作业场所微波辐射卫生标准（GB 10436-89）,4.作业场所超短波辐射卫生标准（GB 10437-89）,5.作业场所工频电场卫生标准（GB 16203-1996）,6.工业企业设计卫生标准（GBZ 1-2002）,7.国家军用标准,国家环保总局和国家技术监督局联合发布增加了SAR（比吸收率）剂量的内容规定在24h以内任意连续6min的平均SAR应小于0.02W/kg。职业照射导出限值（表4-7）公众照射导出限值（表4-8）,1.电磁辐射防护规定（GB 8702-88）,Specific Absorption Rate,单位时间内单位质量的物质

11、吸收的电磁辐射能量。,1.电磁辐射防护规定（GB 8702-88）,表4-7 职业照射导出限值,150/,0.40,（0.5,（0.0015,系平面波等效值，供对照参考。供对照参考，不作为限值；表中f是频率，MHz；表中数据作了取整处理。,1.电磁辐射防护规定（GB 8702-88）,表4-8 公众照射导出限值,150/,0.40,（0.5,（0.0015,系平面波等效值，供对照参考。供对照参考，不作为限值；表中f是频率，MHz；表中数据作了取整处理。,本标准还规定对于一个辐射体发射几种频率或存在多个辐射体时，其电磁辐射场的场量参数在任意连续6min内的平均值之和，应满足式中：Ai，j 第i个

12、辐射体在j频段辐射的辐射水平；Bi，j 对应于j 频段的电磁辐射所规定的照 射限值。,1.电磁辐射防护规定（GB 8702-88）,（4-16）,例题,适用范围：适用于一切人群经常居住和活动场所的环境电磁辐射，不包括职业辐射和射频、微波治疗需要的辐射。内容：二级容许限值（表4-9）I级标准安全区：老弱病残孕婴儿公众在此区环境中长期居住生活，不受电磁辐射影响的区域。II级中间区：长期居住生活在此区，有可能对易感人群引起某些不良反应或影响，故必须加以限制。,2.环境电磁波卫生标准（GB 9174-3-88）,表4-9 环境电磁波卫生标准（GB 9174-3-88）,内容：作业场所工频电场8小时容许

13、量为50Wcm-2。因工作需要必须进入超过最高容许量的地点或延长接触时间时，应采取有效防护措施。带电作业人员应该在“全封闭式”的屏蔽装置中操作，或应穿包括面部的屏蔽服。,5.作业场所工频电场卫生标准（GB 16203-1996）,超短波辐射作业区安全限值GJB 1002-90,7.国家军用标准,表4-14 超短波（30300MHz）辐射作业区安全限值（GJB1002-90）,当在脉冲条件下工作电场强度大于10V/m，在连续波条件下工作电场强度大于14V/m时，都必须采取有效防护措施。如实测数据以平均功率密度表示时，须将数据换算成场强的等效值。,水面舰艇磁场对人体作用安全限值GJB2779-96

14、,7.国家军用标准,生活舱，系包括居住舱、会议室、餐厅等生活与休息舱室；一般工作舱，指除强磁场设备舱以外的各种作业舱室。,表4-15 水面舰艇磁场对人体作用安全限值（GJB2779-96）,表4-20 电磁辐射防护评价测量范围,二、电磁辐射评价测量范围,一、电磁辐射防护基本原则,二、电磁辐射防治的基本方法,三、电磁辐射防治技术,四、电磁辐射控制应用实例,第四节 电磁辐射污染防治技术,一、电磁辐射防护基本原则,目标：抑制电磁辐射源具体做法：设备的合理设计；加强电磁兼容性设计的审查与管理；做好模拟预测和危害分析工作等。,主动防护与治理 被动防护与治理,目标：防护被辐射方具体做法：采用调频、编码等方

15、法防干扰；对特定区域和特定人群进行屏蔽 保护。,在泄漏和辐射源层面采取防护措施 特点：着眼于设备的电磁漏场和电磁漏能减少，使泄漏到空间的电磁场强度和功率密度降低到最小程度。,根据上述电磁辐射防护技术原则，电磁辐射防护形式分为两大类：,在作业人员层面（包括其工作环境）采取 防护措施特点：着眼于增加电磁波在介质中的传播衰减，使 到达人体的场强和能量水平降低到电磁波照射卫生标准以下。,二、电磁辐射防治的基本方法,（一）,屏蔽,1.屏蔽的分类,2.电磁场屏蔽机理,3.电磁屏蔽室的设计制作,1.屏蔽的分类,屏蔽：采取一切可能的措施将电磁辐射的作用与影响限定在一个特定的区域内。,1.屏蔽的分类,屏蔽分类,

16、（1）按照屏蔽的方法,（2）按照屏蔽的内容,主动场屏蔽,被动场屏蔽,电磁屏蔽,静电屏蔽,磁屏蔽,静电屏蔽,对静电场以及变化很慢的交变电场的屏蔽。静电感应现象。由于导体内电荷的重新分布，这些电荷在与外电场相反的方向形成另一电场。内电场、外电场方向相反，相互抵消，所以内部合电场为零。高压带电作业工人的作业服利用此原理研制。,法拉第笼,美国魔术师大卫布莱恩挑战百万伏特电击,磁屏蔽,对静磁场或变化很慢的磁场的屏蔽。原理与静电屏蔽类似，要求材料是较高磁导率的磁性材料。,高频电磁波屏蔽,依靠屏蔽体的反射和吸收起作用，实现电磁场的屏蔽。在屏蔽体表面部分电磁波被反射回空 气介质中；部分穿透屏蔽体的电磁波因电损

17、耗、磁损耗及介质损耗而被吸收。,屏蔽室结构设计一般要求,（1）屏蔽材料的选择必须选用导电性和透磁性高的材料；铜、铝、铁均具有较好的屏蔽效能；超短波和微波频段，一般采用屏蔽材料与吸收材料制成复合材料。,将场源屏蔽体或屏蔽体部件内感应电流加以迅速引流以形成等电势分布，避免屏蔽体产生二次辐射。,射频接地,（二）,接地技术,1.接地抑制电磁辐射的机理,2.接地系统的设计与实施,图4-5 接地系统结构组成,射频设备,接地线,接地极,2.接地系统的设计与实施,2.接地系统的设计与实施,（2）接地极,接地极的结构设计型式,埋置接地铜板,埋置接地格网铜板,埋置嵌入接地棒,（三）,滤波,1.滤波的机理,机理：在

18、电磁波的所有频谱中分离出一定频率范围内的有用波段。作用：保证有用信号通过的同时阻截无用信号通过，是抑制电磁干扰最有效的手段之一。,采用电磁辐射阻波抑制器，在一定程度上抑制无用的电磁辐射；新产品和新设备的设计制造时，尽可能使用低辐射产品；从规划着手，对各种电磁辐射设备进行合理安排和布局，并采用机械化或自动化作业，减少作业人员直接进入强电磁辐射区的次数或工作时间。,三、电磁辐射防治技术,（一）,高频设备的电磁辐射防护,（二）,广播、电视发射台的电磁辐射防护,（三）,微波设备的电磁辐射防护,（四）,静电防治,（一）,高频设备的电磁辐射防护,高频范围:0.1300MHz 防护技术:电磁屏蔽 接地技术

19、滤波,（二）,广播、电视发射台的电磁辐射防护,1.减少辐射源的直接辐射或泄漏2.屏蔽辐射源及其附近的工作地点3.加大工作点与辐射源的距离4.采用个人防护用品及有效安全措施,（三）,微波设备的电磁辐射防护,1.防止或减少静电的产生 2.各种油料的防静电措施 3.加速静电释放 4.防止放电着火,（四）,静电防治,四、电磁辐射控制应用实例,（一）,高频感应加热设备的屏蔽防护,（一）,高频感应加热设备的屏蔽防护,屏蔽防护措施,局部屏蔽,整体屏蔽,远程操作,对高频设备主要辐射部件，如高频馈线、感应线圈等用铝板或铜网等屏蔽起来，并对屏蔽罩采取良好接地。,把整个高频设备或若干台高频设备放在一个金属网屏蔽室内，对屏蔽室采取良好接地。人员一般不进入屏蔽室，控制台放在屏蔽室外。,利用电磁波随距离加大而衰减的特性，把控制台放在远离设备的低场强区域，通过远程控制进行操作。,GP-100-C3型高频感应加热设备（图4-11）,图4-11 屏蔽罩装置示意图（114指代内容见主教材p173图4-11）,表4-24 GP-100-C3型高频感应加热设备的屏蔽性能与效率,